丛毛单胞菌QT12降解3-氨基苯甲酸关键基因的功能研究

来源 :青岛农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zhang514409411
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3-氨基苯甲酸是一种有毒性、能对人体产生刺激性、对环境产生污染的一种化合物,目前,关于3-氨基苯甲酸降解菌株的研究已有文献报道,但还未在基因水平和蛋白水平上进行研究。本实验筛选到了一种既可以降解3-氨基苯甲酸又可以以5-氨基水杨酸为唯一碳氮源生长的菌株丛毛单胞菌Comamonassp.strainQT12,分析了其最适温度、pH等生理生化特征参数,通过比对,发现与3-氨基苯甲酸降解有关的基因簇mabcluster,从其中找到3-氨基苯甲酸降解的关键基因mabA,与5-氨基水杨酸降解的关键基因mabB。本研究从体内敲除与体外克隆异源过表达研究上述两个基因功能。
  研究中发现,菌株QT12生长的最适温度为30℃、pH为7.0,可降解间羟基苯甲酸、苯甲酸等多种化合物。利用基因敲除技术获得的单交换QT12mabA::Tet突变株,其不能生长转化3-氨基苯甲酸。mabA基因编码的MabA蛋白与菌株NaphthalmonasPolariscj2中3-羟基苯甲酸6-羟化酶具有39%的氨基酸序列同源性,MabA蛋白在大肠杆菌中异源表达,纯化出约48kDa的蛋白。其特征与3-羟基苯甲酸6-羟化酶相似,能够催化3-氨基苯甲酸转化为5-氨基水杨酸,并在产物中加入一个氧原子,标记为3-氨基苯甲酸6-单加氧酶。它包含一个非共价但紧密结合的FAD作为辅基,NADH作为外部电子供体,5-氨基水杨酸的产生与NADH的消耗是等摩尔的。MabA蛋白降解3-氨基苯甲酸米氏常数Km和催化常数kcat值分别为158.51±4.74μM和6.49±0.17s?1,MabA蛋白消耗NADH的表观Km和kcat值分别为189.85±55.70μM和7.41±1.39s?1。结果表明,mabA基因是菌株QT12降解3-氨基苯甲酸关键基因。
  将mabB基因进行克隆并异源表达,利用His标记进行纯化,通过比对发现MabB蛋白属于双加氧酶(一种非血红素铁双加氧酶),但其氨基酸序列与其他报道的环切双加氧酶的氨基酸序列具有较低的同源性。通过降解产物分析发现,MabB蛋白可催化5-氨基水杨酸芳香环分裂并加入两个氧原子,生成顺式-4-氨基-6-羧基-2-氧代己基-3,5-二烯酸(ACOHDA),其中的两个氧原子均来自于双氧分子。MabB蛋白的最佳pH和温度分别为8.0和10℃,添加亚铁离子可提高MabB蛋白活性。MabB蛋白米氏常数Km和最大反应速率Vmax值分别为52.0±5.6μM和850±33.2U/mg。MabB蛋白对5-氨基水杨酸和龙胆酸都有转化作用,但5-氨基水杨酸的催化效率远高于龙胆酸(约70倍),进一步证实5-氨基水杨酸是MabB蛋白的生理底物。利用同源重组方法将mabB基因敲除,获得的无痕双交换突变株QT12-pK18mobsacBtet-ΔmabB,失去了降解3-氨基苯甲酸的能力,表明,mabB基因是降解3-氨基苯甲酸的关键基因。本研究从基因水平和蛋白水平上对3-氨基苯甲酸及5-氨基水杨酸的降解进行研究,为芳香族化合物降解提供一定的理论意义。
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