分子设计提高蛋白质异源表达量及其稳定性的研究

【作者】 田健； 初晓宇； 伍宁丰； 范云六；

【机构】 中国农业科学院生物技术研究所；

【摘要】 蛋白做为天然的生物催化剂,在工业、农业、环保等领域具有巨大的应用价值和良好的发展前景。然而许多综合性质优良的酶蛋白在异源表达宿主中的表达量低,在极端环境中的稳定性差,严重影响了酶蛋白的应用。因此如何对酶蛋白质进行分子设计提高其稳定性及其在异源表达系统中的表达量是蛋白质工程领域的一个重要研究问题(1,2)。本研究通过对346种不同来源微生物基因的密码子进行分析,发现基因中的密码子选择具有明显的规律性。通过建立氨基酸密码子使用的规律表,分析基因中哪些氨基酸需要采用稀有密码子,而哪些位置需要采用最佳密码子来调控基因的翻译速率。本研究通过构建的密码子使用索引表,以及相关基于大数据的学习算法可以实现对外源基因进行分子设计与优化,最终达到提高其在异源表达系统中表达量的目的(3)。蛋白质的稳定性是蛋白质的一个重要性质,针对其稳定性的分子改造也是蛋白质科学研究中的一个重要组成部分。在本研究中我们将结合分子模拟、数据挖掘等方法,建立评估突变对蛋白质稳定性影响的方法,系统分析影响蛋白质热稳定性的关键氨基酸或关键区段,并设计出可以提高蛋白质热稳定性的突变体,最后通过分子生物学实验来验证这些突变体对蛋白质热稳定性的影响,并最终得到热稳定性极大提升的蛋白质突变体(4,5)。根据本研究中设计的方法可以对蛋白质进行快速分子设计与改良,提高其在外源表达系统中的表达量及其稳定性,为该酶的应用及理解基因序列与其功能及结构的关系奠定基础。更多还原