• 提供工業酶產品及應用開發 產品領域包括造紙,紡織,燃料酒精等
    聯系我們 CONTACT
    岳陽市岳興生物化工有限公司
    聯系電話:0730-8261476
    聯系電話:18673033457
    聯系人:李先生
    郵  箱:sdcz.1982@163.com
    地址:岳陽市岳陽樓區金鶚西路鶚山小區1棟1單元701室

    新聞資訊

    當前位置:網站首頁 > 新聞資訊

    大數據時代工業酶的發掘和利用

    作者: 百度百科 來源: 百度百科 時間:2018年11月22日
      大數據開啟了一次重大的時代轉型,大數據正在改變我們的生活和了解世界的方式,同時也成為新發明和新服務的源泉。在生物技術領域,由于測序技術成本的大幅下跌,人們獲得基因序列的速度是10年前無法想象的。如何才能在短的時間內,從海量的基因數據資源中迅速鑒別并獲得工業上有用的目標酶基因和活性酶蛋白?基因挖掘(Genomic mining)就是根據催化特定反應的需要,從文獻中尋找相關酶的同源基因序列,并以此作為基因探針,在基因組數據庫中進行序列比對,篩選獲得同源酶的編碼信息,繼而進行酶的批量異源表達和高通量篩選,獲得催化性能更優的新型生物催化劑(1.0版)。隨著結構生物學的迅猛發展,人們對蛋白質結構的認識逐步加深,加上基因組學和蛋白質組學所提供的大量結構與功能信息,酶的分子改造也從以往的隨機突變,逐漸發展到半理性或理性設計等更準確的方法,甚至可以利用計算機從頭設計自然界不存在的酶??傊?,生物催化劑的設計和制備已經變得越來越簡單,從而使得各行各業對特定酶的要求也變得更加迫切和可行。
      本文將從當今的生物信息大數據出發,提出有別于傳統方法的工業酶篩選新思路。在此基礎上,結合本公司的研究成果,簡要介紹幾種典型工業酶的設計和挖掘新策略。
      1.從已測序的微生物基因組中挖掘目標酶基因
      隨著基因測序技術的飛速發展,越來越多的微生物基因組被測序,其中有一部分基因的開放閱讀框所編碼的酶潛在功能已被預測,但可能未經實驗證實;另有大量開放閱讀框所編碼的酶信息仍未被注釋或實驗研究。一方面可以直接將已注釋的假想酶基因進行克隆表達,并通過活力檢測來獲得所需的候選生物催化劑;另一方面還可通過對未注釋酶的開放閱讀框進行比對分析,并與已報道類似酶的保守序列進行比較,找到具有潛在功能的目標新酶編碼序列,進而通過克隆表達來獲得結構/功能全新的目標生物催化劑。后者的風險相對較大(成功率較低),但創新性更強,比較容易獲得知識產權。

      2.基于探針酶序列的基因挖掘


    岳陽市岳興生物化工有限公司.湖南生物酶,燃料酒精,皮革造紙紡織

    基于探針序列信息從基因組數據庫中挖掘新酶的技術路線圖

      當催化某類反應的相關酶基因(或多肽)序列已有文獻報道后,就可以利用此序列作為基因探針(或稱模板)在公共基因組數據庫中進行檢索,找到與探針序列具有一定同源性的候選酶基因,進而根據檢索到的基因序列設計引物,利用PCR擴增法獲得編碼這些酶的DNA,并將它們進行克隆表達,通過目標底物進行活性篩選,即可能獲得所需要的具有特定催化功能的生物催化劑(圖1)。例如,本公司從基因組數據庫中挑選、規劃了一千多種結構多樣、功能各異的醇脫氫酶/羰基還原酶(圖2),目前已經成功制備了600多種凍干酶制劑,可以滿足我國醫藥化工企業對部分工業生物催化劑的定制服務需求。


    岳陽市岳興生物化工有限公司.湖南生物酶,燃料酒精,皮革造紙紡織

    醇脫氫酶/羰基還原酶“千酶庫”的分子進化樹

      3.基于序列和結構信息相結合的新酶基因挖掘
      從已測序微生物基因組中直接克隆酶的基因并進行異源表達,或者基于探針酶的序列在基因數據庫中挖掘目標酶的技術業已成熟并取得了較好的應用效果,不過其前提條件是未知酶的功能已經被預測注釋,或者催化特定底物轉化的酶基因序列已經公開報道。然而,針對某些特定的底物,僅僅基于催化類似反應的酶的序列信息所挖掘獲得的酶,往往無法催化目標底物的轉化,或者雖能催化反應卻不能達到預期的效果。如果能將基因挖掘和結構分析等相關信息結合起來,將有望顯著提高基因挖掘的效率。
      展望
      2015年7月,美通社在線發布《2014年全球工業酶行業研究報告及未來三年預測》。近年來,全球工業酶制劑市場規模逐年增加,年產值增長率為5%,2014年已達42.2億美元的規模。目前,全球工業酶市場基本上是寡頭壟斷。在2014年,諾維信作為工業用酶巨頭,占據了44%的市場份額;而杜邦公司和DSM分別占有為20%和6%的市場份額。全球各地區需求呈現較大差異,歐洲和北美地區對工業酶的需求量大,占據80%;而中國僅占9.4%。
      在市場需求擴大和政策利好的雙重刺激下,2014年中國的工業酶制劑產量已達116.57萬噸并保持10%年產量增長趨勢,預計2017年產量將達到154.87噸。通過引進國外先進的設備、優良的菌株以及新型酶制劑的開發,中國已開始進入酶制劑工業的快速發展期。但在酶制劑研發的原始創新方面尚有一定差距,多數企業的自主開發能力還十分有限。
      若能抓住當今大數據、互聯網+的時代機遇,充分利用好全球共享共用的生物信息資源,掌握工業酶設計和改造的核心技術,并將之轉化為具有我國自主知識產權的工業酶實體資源,則可望從源頭上促進我國生物催化學科的快速崛起,推進生物制造產業的高起點和跨越式發展。

    07308261476

    掃一掃

    手機二維碼

    chinesemature老熟妇