[发明专利]一种热稳定性及比酶活提高的角蛋白酶及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种比酶活和热稳定性提高的重组角蛋白酶及其构建方法和应用，属于遗传工程技术领域。

背景技术

角蛋白酶(Keratinase)是一种可以特异性降解角蛋白的酶类，由细菌、放线菌和真菌等多种微生物产生。羽毛作为家禽饲养和屠宰工业的副产物每年产量巨大，且蛋白质和氨基酸含量丰富，是潜在的优良蛋白质资源。羽毛的合理利用一方面可以减少废弃物对环境的污染，同时可以作为一种饲科蛋白质应用于畜禽的饲养。在传统利用羽毛过程中主要采用酸碱水解。热降解等方法，前者存在污染环境问题，后者对能源消耗比较大，且可以破坏部分氨基酸，降低了产品的营养价值。其他常见的角蛋白为动物的毛发，如牛毛、羊毛和人发等，这类角蛋白质部分作为商业原料进行加工外，其余多作为废物处理，也造成了环境的污染和蛋白资源的浪费。角蛋白酶能使角蛋白降解为多肽和氨基酸，既可用于农业肥料的生产，又可作为畜禽的饲料蛋白源；角蛋白酶是皮肤真菌重要的侵袭因子，其在皮肤病治疗方面的研究还有待于进一步挖掘。另外，角蛋白酶可“消化”导致疯牛病和人类克雅氏症的毒蛋白，从而可应用于医疗和实验仪器的净化；它还可用于皮革脱毛鞣制，配制润肤露、浴皂、洗发水和脱毛膏等美容品。

拥有较差热稳定性的酶严重影响该酶在工业上的应用，提高角蛋白酶的热稳定性在利于工业化应用的同时有助于角蛋白酶在应用过程中更好的渗透入底物表面并作用于底物，而且能够减少杂菌的生长。同时提高重组角蛋白酶的比酶活可以更加有利于工业化应用。地衣芽胞杆菌来源的角蛋白酶同枯草杆菌蛋白酶一样，以信号肽-前导肽-成熟酶区域(Pre-pro-subtilisin precursor)的前体结构进行分泌。角蛋白酶的成熟酶区域由274个氨基酸组成，包括催化三分子结构(D32,H63,S220)。在角蛋白酶的前体未进行折叠前成熟酶的N端与前导肽的C端以非共价形式连接，在前导肽进行自加工切割并被降解后，才能形成具有活性的成熟酶。角蛋白酶的前导肽切割位点区域主要包括前导肽的C端和成熟酶的N端，所以此区域对角蛋白酶的活性及热稳定性可能具有一定的影响。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种热稳定性提高的角蛋白酶，其是对现有的角蛋白酶前导肽切割位点进行突变及N端改造。

所述角蛋白酶氨基酸序列如SEQ ID NO.1所示。

本发明还提供了一种获得所述角蛋白酶的方法，其特征在于以GenBank登录号为JX504681公布的基因序列基础上，对前导肽切割位点区域进行分子改造，具体为前导肽的C端（-1）位点Leu替换为Ala，成熟酶N端氨基酸AQTVP替换为YTPNDPYFSSRQ。

产所述产角蛋白酶的基因工程菌或转基因细胞系也为本发明要求保护的范围。

本发明要解决的另一个技术问题是提供一种构建产角蛋白酶的基因工程菌的构建方法，具体包括如下步骤：

1）采用化学全合成或PCR方法克隆编码权利要求1所述角蛋白酶的基因；

2）将步骤1）获得的角蛋白酶基因连接到枯草杆菌表达载体，得到重组表达载体；

3）将步骤2）获得的重组表达载体转化Bacillus subtilis WB600得到基因工程菌。

所述表达载体优选pMA5。

应用上述产角蛋白酶基因工程菌发酵生产角蛋白酶的方法，将其斜面活化制备种子后，以3%的接种量转入基本发酵培养基，于37℃、200rpm条件下培养24h。

所述基本发酵培养基组成为胰蛋白胨10g/L，酵母抽提物5g/L，NaCl10g/L，葡萄糖10g/L,MgSO₄0.1g/L。

检测重组角蛋白酶热稳定性指标（t_1/2）的定义方法：酶在指定温度下酶活损失一半时所需要的时间。

本发明采用定点突变技术将地衣芽胞杆菌Bacillus licheniformis BBE11-1的角蛋白酶（ker）基因进行定点突变并克隆连接到枯草芽孢杆菌表达载体pMA5，转化Bacillus subtilis WB600，经纯化验证得到一株可以产具有较好热稳定性角蛋白酶的重组枯草芽孢杆菌Bacillus subtilis WB600-pMA5-kerTB。该菌株表达的角蛋白酶在60℃的t_1/2为20min，比野生型角蛋白酶t_1/2提高了近2倍。同时突变体的比酶活较野生型提高了近50%，这为角蛋白酶的应用奠定了良好的基础。