[发明专利]喹啉酸中间产物6-羟基喹啉酸脱羧酶QuiB及其应用

说明书

本发明公开了喹啉酸中间产物6‑羟基喹啉酸脱羧酶QuiB及其应用。quiB其核苷酸序列为SEQ ID NO.1，全长993bp，其氨基酸序列为SEQ ID NO.2，编码330个氨基酸。QuiB是首次发现参与有毒吡啶衍生物喹啉酸下游代谢途径的脱羧酶，能够有效降解喹啉酸中间产物6‑羟基喹啉酸。脱羧酶QuiB可用于降解土壤和水体中喹啉酸的残留，具有非常重要的理论和应用价值。

技术领域

本发明属于环境微生物领域，涉及参与有毒吡啶衍生物喹啉酸(QA)的微生物降解过程中的脱羧酶基因quiB及其应用。

背景技术

吡啶衍生物广泛存在于自然界中，是最丰富的氮杂环化合物之一。吡啶衍生物也是重要的有机合成中间体，广泛应用于医药，化工，食品及生产生活中，具有不可替代的作用和价值。同时，很多吡啶衍生物也广泛存在于哺乳动物和微生物细胞中，是某些氨基酸(如L-色氨酸)和其他芳香族化合物的代谢产物，并且有些吡啶衍生物还具有生物毒性。随着国民经济的发展，医药，农药，食品等行业对吡啶衍生物的需求量急剧增加，由于其应用和来源的广泛性使其在环境中逐渐积累，再加上其生物毒性，对生态系统和人类健康造成严重的威胁。微生物修复技术是一种原位生物修复技术，具有安全温和、效率高、效果好、费用低和无二次污染等多个优点，适合大面积面源污染修复，是土壤和水体中有机污染物修复技术的主流和发展方向。

喹啉酸，又称2,3-吡啶二羟酸，属烟酸类化合物。喹啉酸是重要的化工中间体原料，在工业、医药、食品等领域有非常广泛的应用。此外，喹啉酸是哺乳动物和微生物细胞中L-色氨酸的代谢产物，具有强烈的神经毒性和细胞毒性，其积累与很多神经退行性疾病(例如癫痫、阿尔茨海默病、抑郁症、亨廷顿病等)和炎症有关。喹啉酸水溶性好，易在环境中迁移和扩散，使得环境中的喹啉酸不断积累，由此带来的潜在危害越来越大。目前报道中已筛选到几株可降解喹啉酸的菌株，但是喹啉酸降解基因仅克隆到一个，而且关于喹啉酸的微生物降解中间产物6-羟基喹啉酸(6HQA)的进一步降解机制，降解基因和酶，目前还没有报道，这严重制约了对喹啉酸的环境行为和生态安全方面的研究。因此有必要深入研究喹啉酸微生物代谢的完整降解途径和降解机制，这对研究喹啉酸在环境中的迁移、转化和降解等环境行为及生态安全性具有重要的指导价值。

6-羟基喹啉酸是喹啉酸微生物降解的中间代谢产物，脱羧反应为脱毒反应，因此，6-羟基喹啉酸脱羧酶基因和酶的鉴定具有非常重要的应用价值和意义。在治理环境中积累的有毒吡啶衍生物有以下作用：(1)用于土壤和水体中喹啉酸的解毒和消除；(2)通过现代生物工程技术构建重组菌株，进而研究酶学特性，对喹啉酸等有毒吡啶衍生物污染修复具有重要意义。综上所述，开展喹啉酸降解过程中的降解基因、酶的研究具有非常重要的理论和实际应用价值。

发明内容

本发明的目的是针对现有喹啉酸微生物降解机制研究的缺乏，提供6-羟基喹啉酸脱羧酶基因，该基因参与喹啉酸降解的后续步骤。本发明的脱羧酶QuiB能将6-羟基喹啉酸的3号位羧基脱下，生成6-羟基皮克酸，代谢途径见图1。本发明的另一目的是提供6-羟基喹啉酸脱羧酶基因quiB编码的蛋白QuiB。QuiB是首次发现参与喹啉酸下游代谢途径的脱羧酶。本发明的又一目的是提供脱羧酶基因quiB及其编码蛋白的应用。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一个6-羟基喹啉酸脱羧酶基因quiB，其核苷酸序列为SEQ ID NO.1。通过序列分析和基因比对的方法来寻找目的基因。前期通过转座子诱变的方法获得喹啉酸第一步降解基因quiA，在此基础上，对quiA的上下游基因序列进行进一步分析和比对，确定脱羧酶位置和序列，并委托上海生工生物技术有限公司对目的序列进行合成。所述的脱羧酶基因quiB编码的蛋白QuiB，其氨基酸序列为SEQ ID NO.2。

含有所述的6-羟基喹啉酸脱羧酶基因quiB的重组蛋白表达载体pET28a-quiB。