酶定向进化技术研究进展

酶定向进化是模拟自然进化过程、用于改造酶性质的一种新策略．在以易错PCR为代表的无性进化技术基础之上,有性进化技术的发展使酶定向进化更接近于自然进化过程．与此同时为解决巨大容量的突变文库与有限的筛选技术之间的矛盾,许多新的高通量筛选方法不断涌现,大大加快了酶定向进化技术的发展．文章从构建高质量的突变基因文库和选择有效的高通量筛选方法两方面,详细总结了近几年出现的新技术并对其应用情况进行介绍．     

酶体外定向进化(Ⅱ)文库筛选的方法及其应用

定向进化是改造蛋白质分子的一种有效的新策略,但其构建的文库非常大,待筛选的克隆常常多达10^5～10^10．同时在目的酶筛选中,至关重要的是找到高灵敏度、高选择性和高通量的筛选方法．居于此,文中综合评述在突变株分离、酶检测和信号探测等方面,目前的一些常用技术及其最新进展．     

酶体外定向进化(Ⅰ)突变基因文库构建技术及其新进展

介绍在酶体外定向进化研究中,几种常用基因文库构建技术及其应用方面的最新进展．同时介绍近年来．一些新开发的基因文库的构建技术及其应用情况．对目前几种主要方法的特色和缺陷进行讨论．     

豆豉纤溶酶的定向进化

为提高豆豉纤溶酶的药用价值,通过易错PCR方法对来源于Bacillus subtilis DC-12的豆豉纤溶酶DFE基因进行突变并构建突变体文库,利用底物H-D-Val-Leu-Lys-pNA对突变体文库进行筛选.通过3轮易错PCR最终获得催化效率提高的突变酶mDFE3.序列分析表明突变酶mDFE3基因发生了6处碱基突变,其中4处突变发生氨基酸取代,2处为同义突变;通过swiss-model repository模拟突变酶mDFE3的结构,显示3个突变氨基酸位于回环结构上,1个位于α螺旋上;酶动力学测定结果表明突变酶mDFE3的Km值由0.58mmol/L降低至0.45mmol/L,突变酶mDFE3的催化效率(kcat)是野生型的2.57倍.     

有机化学与生命科学的碰撞——2016年生物有机化学热点回眸

 生物有机化学旨在阐明复杂生命体系中的内在化学机制,以及通过理性的设计和改良来创造能够由于有机合成化学的生物大分子催化剂。本文遴选2016年发表于《Science》《Nature》《PNAS》《Nature Chemistry》等期刊的部分重要研究结果,回顾2016年生物有机化学领域取得的突破性进展。     

酶体外定向进化(Ⅲ)展示技术及其应用

利用展示技术构建的蛋白质／多肽的突变体库，可以通过高通量进行高效地分析和筛选，因此特别适用于改造蛋白质．文中综述噬菌体、细胞表面、核糖体、mRNA等展示技术的原理和方法，以及其在酶定向进化中的应用．     

豆豉纤溶酶纤溶活性的定向进化研究

通过易错PCR方法向来源于枯草芽孢杆菌DC-12的豆豉纤溶酶基因中引入突变并构建突变体库.利用底物H-D-Val-Leu-Lys-pNA以酶活力为指标对突变体库进行筛选,通过三轮易错PCR最终获得一株酶活力提高的突变株M324.序列分析表明突变体M324酶基因发生了六处碱基突变,其中四处突变发生氨基酸取代,另两处为无义突变.通过SWISS-MODEL Repository模拟突变酶的结构显示,三个突变氨基酸位于回环结构上,一个位于α螺旋上.纤维蛋白平板法测定纤溶酶活,结果显示突变酶的比活力是野生型的2.44倍.     

用体外定向进化的方法对EPSPS合酶基因草苷膦抗性机制的研究

为了寻找EPSP合酶中某些与草苷膦抗性相关的位点,利用体外定向进化技术,对可变盐单胞菌HT7的EPSP合酶基因,荧光假单胞菌G2的EPSP合酶基因以及按植物偏爱密码子合成G2的EPSP合酶基因,进行DNA shuffling,通过EPSP合酶缺陷型菌株E.coil ER2799的功能互补筛选,获得了7个草苷膦抗性有较大变化的EPSP合酶突变体.     

酶改性技术研究

酶具有催化效率高、催化专一性强等显著特点,然而,酶的活力和稳定性往往不能满足应用的要求.为了改进酶的催化特性,笔者及其所在课题组20多年来长期进行酶分子修饰、酶固定化、酶非水相催化、酶定向进化等酶改性技术的研究,发现通过酶的改性,可以显著改进酶活力和稳定性.文中对笔者及其所在课题组在酶改性技术方面的研究成果和进展作了介绍.     

New strategies of protein engineering——directed evolution of enzyme in vitro

New and highly effective strategies for directed enzyme evolution in vitro have been developed in the protein engineering field. They allow engineering all kinds of enzymes in vitro so that new ones with novel functions and features can be obtained by the methods of error-prone PCR, DNA shuffling (exon shuffling), hybrid enzyme, random-priming in vitro recombination (RPR), stagger extension process (StEP), random-directed mutagenesis in vitro, etc., even with little knowlodge of spatial structure and catalytic mechanism of enzymes in advance. The process that would take millions of years in nature can in principle be accomplished in the test within several years.     

蛋白质工程在改造工业用酶中的应用

文章概述了蛋白质工程常用策略和用这些策略来改造工业用酶的基本特性(包括稳定性、活性、选择性和表面特性)及其在工业用酶中的应用,并对其发展做了展望。     

利用EvolvR系统对酶基因实现多窗口定向进化的研究

EvolvR系统是一种CRISPR介导的新型定向进化技术,本研究探索其在酶基因序列定向进化中的适用性以及突变效率,同时在此基础上扩大EvolvR的突变窗口长度.研究成功将4个能高效表达的单个sgRNA串联,并检测到靶向同一基因的3个不同靶位点.证明EvolvR具有在目标基因区域大范围制造突变的潜力,具有很高的应用价值....     

基于CA的城市土地利用演变人工神经网络模拟

基于CA原理,利用学习矢量量化神经网络从不同时相遥感数据中挖掘土地利用演变的内在规律,自动找到土地利用元胞的转换规则,并以该规则反演和预测土地利用格局.在上海市区典型边缘带的应用显示,挖掘出的元胞转换规则,与同期上海城市发展状况相吻合,表明该模型可以满足土地利用演变模拟预测的要求,大大缩短了建立CA转换规则所需时间.若能增加社会、经济因素的影响,减少网络训练时的信息浪费,将进一步优化模拟效果.     

微生物酶资源的开发和利用(上)

概括介绍了微生物酶资源的开发和应用进展,内容包括世界和我国工业酶制剂生产概况,开发酶制剂新品种的重要性和有利条件,快速开发具有应用价值新酶的途径,微生物酶的应用方式和应用领域以及130余种微生物来源的酶在实际中的应用简况。     

自主机器人人工进化方法研究

在介绍人工进化研究状况的基础上 ,着重阐述了进化机器人学的关键问题 :基本概念、进化技术、进化计算和实验研究方法等 ,探索了进化机器人学未来的研究趋势及所面临的挑战 .     

基于人工免疫的故障诊断模型及其应用

提出了一种基于免疫原理的故障检测及诊断系统模型. 通过对检测对象正常工作状态下获得的自己模式串的阴性选择,随机产生初始检测器;利用基于人工免疫的进化学习机制,实现对检测对象异常工作状态下获得的非己模式串进行学习和记忆;利用进化学习结果和系统故障信息库知识,区分和标记不同故障在状态空间上对应的区域. 将抗原学习过程中抗体集合变异所产生的各代抗体集合看作随机序列,给出了序列的收敛条件及证明,证明了所提出的动态免疫进化学习算法是概率弱收敛. 应用于机床齿轮箱故障检测和诊断问题的实验结果表明了所提出方法的有效性.