基于“序列-结构-机理”的计算机辅助DAEase新序列挖掘

摘要

为丰富D-阿洛酮糖-3-差向异构酶(D-allulose 3-epimerase,DAEase)家族成员，采用序列比对、同源建模、分子对接、蛋白表达、酶活检测等方法，建立基于“序列-结构-机理”的计算机辅助DAEase挖掘新策略，成功筛选到DAEase新序列并对其进行表征。利用模板探针从NCBI数据库中筛选同源序列，根据对接质量、关键氨基酸数量、底物氢键个数及催化机理对候选序列进行综合评分；合成不同分值的DAEase候选序列进行表达验证，发现2个高分候选序列具备明显DAEase催化活性，而3个低分候选序列催化活性极低，与预测相吻合。对活性较高的来源于厚壁细菌(Firmicutes bacterium)HGW的DAEase(Fbh-DAEase)进行表征，结果显示：Fbh-DAEase为非金属离子依赖酶，其最适反应pH为6.5；最适温度为55℃，45、50、55℃的半衰期分别为3.9、2.3、1.7 h；最适反应条件下Fbh-DAEase的比活力达到254.3 U/mg。以500 g/L D-果糖为底物时，Fbh-DAEase催化反应8 h后D-阿洛酮糖产量达到137.8 g/L，转化率为27.56%。与现有DAEase相比，Fbh-DAEase的比活力和热稳定性都达到较高水平，且最适pH为弱酸性，具有一定的应用价值。

关键词

D-阿洛酮糖-3-差向异构酶 / 新酶挖掘 / D-阿洛酮糖 / 生物转化 / 合成生物学

基金资助

国家自然科学基金项目（31501041,32272277）; 中国博士后科学基金项目（2019M650450）