[發明專利]一種高產γ-氨基丁酸的谷氨酸脫羧酶GADZ11及其基因和應用

在審

• 申請號: 202110027735.3
• 申請日: 2021-01-11
• 公開（公告）號: CN112359037A
• 公開（公告）日: 2021-02-12
• 發明（設計）人: 涂濤;孫磊;王苑;柏映國;羅會穎;姚斌;黃火清;蘇小運;王亞茹;張杰;秦星;王曉璐
• 申請（專利權）人: 中國農業科學院北京畜牧獸醫研究所
• 主分類號: C12N9/88
• 分類號: C12N9/88;C12N15/60;C12N15/70;C12N15/75;C12N15/81;C12N15/74;C12N1/21;C12N1/19;C12R1/19;C12R1/645;C12R1/07;C12R1/225
• 代理公司: 北京法信智言知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 11737
• 代理人: 尹超群

本發明涉及基因工程領域，具體地，本發明涉及一種高產γ?氨基丁酸的谷氨酸脫羧酶GADZ11及其基因和應用。本發明的谷氨酸脫羧酶最適pH為5.0，在pH 4～6都有較高的酶活性。利用大腸桿菌異源表達并純化后，比活為91.7 U/mg。因此本發明的谷氨酸脫羧酶可作為飼料添加劑使用，減少畜禽活動量，減少應激反應，從而促進生長。

技術領域

本發明涉及基因工程領域，具體地，本發明涉及一種高產γ-氨基丁酸的谷氨酸脫羧酶GADZ11及其基因和應用。

背景技術

γ-氨基丁酸(γ-aminobutyric acid，GABA)是自然界普遍存在的一種四碳非蛋白質氨基酸，主要以兼性離子的方式存于水溶液中（Dhakal et al., 2012）。在微生物中，GABA的生成過程與菌體的耐酸機制直接相關（Wang et al., 2013）。研究發現，大多真核微生物細胞內GABA的存在可促進孢子生長（Hao et al., 1991）；另外，GABA在酵母抵御活性氧及有機酸等逆境脅迫中也發揮著重要作用（Cao et al., 2013）。在植物中，GABA影響著植物碳源和氮源的存儲，能誘導生物體中乙烯的合成或調節胞內pH的平衡，同時防止植物體受氧化脅迫或滲透壓等外界環境的影響，并在抵抗真菌和害蟲等多種生理生化反應中均有參與（Bouché et al., 2004）。此外，在動物體內GABA同樣發揮著重要的生理功效，主要表現為：(1) 血壓與心率的調節（Diana et al., 2014）；(2) 促進生長激素分泌（Di Cagnoet al., 2010）；(3) 抗衰老（McCann et al., 1984）；(4) 保肝利腎（Leventhal et al.,2003）；(5) 治療哮喘（Foster et al., 2006）；(6) 其余功能：除上述功能外，GABA還具備其他多種生理功效，如改善機體的脂質代謝、減緩血管動脈硬化、防止皮膚的老化、預防肥胖、抑制癌細胞生長和促進生殖等（Khakhalin et al., 2011），因此GABA在醫藥領域得到越來越多的關注。GABA減少活動量、促進生長的作用，使其還可以作為一種新型飼料添加劑應用于畜牧業。

目前工業制備GABA包括化學合成和生物轉化兩種常用方法，生物轉化法相比較化學合成法具有反應過程簡單、條件溫和的優勢，而圍繞生物轉化法的核心便是谷氨酸脫羧酶。谷氨酸脫羧酶(Glutamate decarboxylase，GAD)是一種依賴于磷酸吡哆醛(pyridoxal-5-phosphate，PLP)的II類氨基酸脫羧酶，可催化l-谷氨酸或谷氨酸鹽脫羧生成GABA，并釋放出CO₂。GAD廣泛分布于從單細胞生物到哺乳動物的各種有機體活細胞中。微生物生長條件較簡單、生長速度快、代謝過程特殊，成為生物酶的重要來源。利用微生物中的GAD生物轉化生產GABA不受資源、環境和空間等因素的限制，具有顯著的優點（de Carvalho et al.,2017）。但不同來源的GAD在結構和功能上具有一定的差異，因此利用蛋白質工程、生物信息學等技術的支持在現有GAD結構的基礎上進行定向改造或者獲得新來源的GAD，對得到高效益的GAD具有不可忽視的作用。

發明內容

本發明的目的是提供一種能高效應用的谷氨酸脫羧酶。

本發明的再一目的是提供編碼上述谷氨酸脫羧酶的基因。

本發明的另一目的是提供包含上述基因的重組載體。

本發明的另一目的是提供包含上述基因的重組菌株。

本發明的另一目的是提供一種制備上述谷氨酸脫羧酶的基因工程方法。

本發明的另一目的提供上述谷氨酸脫羧酶的應用。

本發明提供了一種從芽孢桿菌中分離得到一種谷氨酸脫羧酶GADZ11，其氨基酸序列如SEQ ID NO:1所示。該酶包括489個氨基酸，不含信號肽序列。