[發明專利]一種持續性內切纖維素酶及其編碼基因與應用

有效

• 申請號: 202110886065.0
• 申請日: 2021-08-03
• 公開（公告）號: CN113430217B
• 公開（公告）日: 2022-05-24
• 發明（設計）人: 陳曉藝;趙鑫;王辛;李憲臻
• 申請（專利權）人: 大連工業大學
• 主分類號: C12N15/56
• 分類號: C12N15/56;C12N9/42;C12N1/21;C12P19/14;C12P19/12;C12P19/02;C12P19/00;C12R1/19
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司 21212
• 代理人: 周媛媛;李馨

本發明公開了一種持續性內切纖維素酶及其編碼基因與應用，屬于生物工程技術領域。一種基因，所述基因的核苷酸序列如SEQ ID NO.3所示。所述基因編碼的持續性內切纖維素酶，持續性內切纖維素酶的氨基酸序列如SEQ ID NO.4所示。本發明所述持續性內切纖維素酶SmCel5A為一個單結構域的多功能酶，其分子量不足40kD，容易進行異源表達，獲得具有內切纖維素酶、外切纖維素酶酶活性的活性蛋白，有效地解決了由于生孢噬纖維菌的生長周期比較長，酶成分比較復雜，不容易對纖維素酶直接進行分離純化的問題。該酶在生物能源、飼料等行業具廣泛的應用潛力。

技術領域

本發明涉及一種持續性內切纖維素酶及其編碼基因與應用，屬于生物工程技術領域。

背景技術

纖維素是地球上儲量最豐富的碳水化合物資源，也是生物制造產業最重要的可替代原料。開發和利用纖維素質原料來生產生物能源以及各種有用化學品，能夠在一定程度上緩解能源危機，實現廢物資源化利用，滿足當代社會可持續發展的需求。

纖維素的生物降解通常需要三種酶的協同作用，包括內切纖維素酶(Endoglucanase，EC3.2.1.4)、外切纖維素酶(Cellobiohydrolase，EC3.2.1.91)和β-葡萄糖苷酶(β-glucosidase，EC3.2.1.21)。其中，內切纖維素酶作用于纖維素分子內部非結晶區，通過水解β-1,4-糖苷鍵將長鏈的纖維素大分子截短，產生帶還原性末端的小分子纖維素；外切纖維素酶主要作用于纖維素的結晶區域，被認為是纖維素生物降解過程不可或缺的關鍵酶。但已知有些微生物，如Cytophaga hutchinsonii、Saccharophagus degradans等，能夠高效降解纖維素，但基因組序列中卻不含有外切纖維素酶的編碼基因。研究發現，這些菌株能夠編碼產生一類特殊的內切纖維素酶，同時具備內切酶和外切酶活性，與β-葡萄糖苷酶協同作用即可高效降解纖維素。近年來，在其它纖維素降解菌株中也陸續發現了一些具有上述催化特性的“雙功能酶”，這類特殊的內切酶被定義為“持續性內切纖維素酶(Processive endoglucanase)”。

纖維素質原料生物轉化的主要屏障在于缺乏具有高效水解能力的纖維素酶，往往需要多個酶的協同作用才可以將纖維素降解為可發酵的小分子糖，從而導致酶的成本十分高昂，難以滿足工業化生產的需求。持續性內切纖維素酶是一類同時具備內切酶和外切酶功能的雙功能纖維素降解酶，可以高效降解纖維素為纖維二糖等小分子，與β-葡萄糖苷酶協同作用即可完成纖維素糖化過程，大幅度節省酶的成本。因此，開發高效的持續性內切纖維素酶顯得尤為重要。

發明內容

本發明針對現有技術的不足，提供一種持續性內切纖維素酶及其編碼基因與應用。

本發明提供了一種基因，其核苷酸序列如SEQ ID NO.3所示。

本發明還提供了所述基因編碼的持續性內切纖維素酶，其氨基酸序列如SEQ IDNO.4所示。

進一步地，上述技術方案中，所述持續性內切纖維素酶為一個單結構域的多功能酶，三維結構為經典的GH5家族(β/α)₈桶狀折疊結構。

進一步地，上述技術方案中，所述多功能酶為同時具有內切纖維素酶和外切纖維素酶的活性功能。

本發明還提供了一種含所述持續性內切纖維素酶的重組表達工程菌。

本發明還提供了所述持續性內切纖維素酶在降解纖維素中的應用，降解纖維素時，反應pH值為4.5-6.5，反應溫度為20-60℃。

進一步地，上述技術方案中，所述反應溫度為20-40℃。

進一步地，上述技術方案中，持續性內切纖維素酶降解纖維素生產葡萄糖、纖維二糖和纖維三糖，且以纖維二糖為主。