理论教育 生物催化剂的高效筛选方法

生物催化剂的高效筛选方法

时间:2023-11-03 理论教育 版权反馈
【摘要】:每星期最多能筛选1000个菌落,假设要获得一个有利用价值的生物催化剂必须要筛选10~100000个菌落,现在10~100个星期内就能找到突破点。高通量筛选的理想的分析系统应该能对平板上每个孔进行自动化操作,而且不同的检测反应能同时进行。随着基因测序工作的进展,促进PCR技术在不同生物中筛选相似酶蛋白的工作。培养阳性宿主细胞以获得插入的外源片段的高效表达产物。

生物催化剂的高效筛选方法

高通量筛选(hig h-through screening,HTS)是近年来发展起来的一种新型筛选技术,其特点是微量、快速、灵敏、准确,在短时间内可以检测大量的微生物。HTS具有以下几个特点:

(1)在使用过程中,由384孔板取代了传统常用的96孔板。

(2)单克隆菌落在平板上的固定、培养及液体接种的自动化技术使得工作效率大大提高。每星期最多能筛选1000个菌落,假设要获得一个有利用价值的生物催化剂必须要筛选10~100000个菌落,现在10~100个星期内就能找到突破点。

(3)目前药物公司每天通过药物生理学活性实验最多可检测50000个化合物,而且可以同时进行20个样品的酶活测定,这比3年前的测试效率提高了30倍。

高通量筛选的理想的分析系统应该能对平板上每个孔进行自动化操作,而且不同的检测反应能同时进行。高通量筛选目前的重点是开发一种简单、灵敏的检测技术,使得检测条件下活性很低的酶也能被检测到。目前,已在高通量筛选中建立了比色、发光、荧光等自动化的检测方法。

同样的筛选策略也能应用于蛋白质工程酶活的定向进化的筛选中,这是因为突变体的筛选中单细胞的挑选是很重要的。通过固定化的荧光酶分析技术(fluprescence enzyme bead assay system,FEBAS)在随机突变中检测遗传多样性,均匀分布的底物被固定在小珠上的酶催化。

高通量筛选(hig h-through screening,HTS)是今年来发展起来的一种新型筛选方法。

从不同的生物中不经分离而获得DNA,还可以采用另一种策略。由于能够在实验室培养的微生物的种类仅占自然界中微生物总数的不到1%,因此这种方法具有其自身特殊的优越性。新型的筛选方法包括:

(1)PCR技术和RNA技术,获得相似活性的已知蛋白质的核苷酸序列是运用这些技术筛选酶的基础之一。(www.daowen.com)

(2)采用居于高转化率的宿主细胞如大肠杆菌或米曲霉,得到能高效表达的克隆菌落。

(3)对于固体支持物上的带有特点活性的目的细胞,采用自动化技术进行单细胞挑选以及后续培养。

(4)随着基因测序工作的进展,促进PCR技术在不同生物中筛选相似酶蛋白的工作。

以前受到培养条件的限制而难以甚至是未能培养的微生物,现在也能得到DNA克隆。可以将这些生物的基因组克隆到大肠杆菌或噬菌体表达载体中构件基因组文库。Diversa公司改进了从未培养微生物中获得新酶的方法,这种反复法的基础是提取的基因组DNA,因此构件文库DNA纯度必须很高。在某些情况下,最初的富集培养也是很重要的,需要从培养物中纯化基因组DNA。对基因组文库的筛选包括以下几个步骤:掌握克隆的分布状态,对特定活性克隆的筛选,高通量筛选中得到的单克隆的纯化。

培养阳性宿主细胞以获得插入的外源片段的高效表达产物。采用了简单但高度敏感的荧光分析方法,即弱荧光底物产生强荧光产物。获得目的克隆后,就可以对插入的外源片段进行测序以及确定基因的开饭阅读框。为提高表达水平,对靶细胞可以继续进行亚克隆,将基因转移到更合适的表达载体上并除去了序列中的内含子区域。分子生物学手段在环境样品处理上的不断进展,使人们发现了大量的过去没有鉴定的新的微生物。微生物的变异性在很大程度上使得微生物的培养更加难以控制。Zengler提出了一种细胞计数方法,使细胞首先形成凝胶微粒,在低营养流动条件下进行平衡培养,然后用流动血细胞计数法测定微粒中的克隆数。海水样品中和土壤样品都可以用这种技术进行分析。对于过去为能培养的微生物的研究,主要是两个目的:提供筛选具有特殊活性的微生物酶的新的资源;加深对微生物生理学和新陈代谢适应性的理解。

Mnica和Uwe等人使用了荧光标记法,从而能够高通量地分析水解酶的合成活性。这种方法以脂肪酶和脂酶催化的乙烯酯和醇之间的转酯化反应为基础。在酯合成的过程中由于乙烯酯的酮-烯醇异构化反应将释放出乙醛,生成的乙醛继续与肼产生荧光衍生物,然后用荧光技术进行定量的分析。最终用产生的乙醛的浓度来定量水解酶的合成活性。

除了荧光染料被应用与高通量筛选定量检测方法中外,免疫学抗原抗体反应也常可以被选用,如酶联免疫吸附分析(enzyme linked immuno sorbent assay,ELISA)。在这种方法中,通常标准配体固定,通过加入溶液相受体或蛋白质来使之相互作用。通过加入与受体特异性反应的抗体来定量发现结合的受体,而且最初受体的量通过加入第二种能显色的抗体定性测量。第二种抗体能识别并结合到最初受体的末端,然后其末端的碱性磷酸酯或过氧化物酶等与酶发生反应,从而使溶液显色。

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