中科院青島能源所合作開發(fā)出新型木糖脫氫酶細菌表面展示系統(tǒng)

　　木糖是纖維素經(jīng)酶水解或化學水解的主要戊糖，可作為糖尿病、肥胖病等富貴病病人的良好食療添加劑和食品的無熱量甜味劑。開發(fā)快速、靈敏、選擇性高的木糖檢測手段對于監(jiān)控開發(fā)纖維素乙醇等第二代生物燃料的生物過程，發(fā)展醫(yī)藥、營養(yǎng)品和食品技術(shù)等都具有重要意義。

　　近日，中國科學院青島生物能源與過程研究所“百人計劃”入選者劉愛驊研究員領(lǐng)導的生物傳感器團隊與意大利佛羅倫薩大學M. Mascini教授合作，開發(fā)出新型木糖脫氫酶細菌表面展示系統(tǒng)，并成功將此系統(tǒng)應(yīng)用于構(gòu)建新型生物傳感器。

　　該團隊構(gòu)建了基于冰核蛋白的細菌表面展示系統(tǒng)，將木糖脫氫酶（XDH）地表達在菌體表面并應(yīng)用于D-木糖的高靈敏檢測（B. Liang, L. Li, M. Mascini*, A. Liu*, Analytical Chemistry 2012,84, 275-282.），同時將編碼木糖脫氫酶的基因xylB與冰核蛋白N端結(jié)構(gòu)域基因inaPb-N融合起來，得到質(zhì)粒pTInaPbN-Xdh，轉(zhuǎn)化E. coli BL21 (DE3)進行表達。該團隊梁波等利用SDS-PAGE和Western Blot實驗，證實了絕大多數(shù)的蛋白位于細胞外膜，外膜組分的XDH酶活占全細胞的77%，而且該蛋白對菌體的生長沒有造成影響。另外，與原始菌株中胞內(nèi)的木糖脫氫酶相比，該蛋白的穩(wěn)定性更好。

　　D-木糖在菌體表面的XDH催化下，借助于輔酶煙酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD+）被氧化成木糖酸內(nèi)酯，輔酶NAD+則被還原為還原態(tài)的煙酰胺腺嘌呤二核苷酸（NADH）。通過測定NADH在340nm處的紫外吸收峰的吸光值，可實現(xiàn)D-木糖的檢測（如圖）。此方法的線性范圍為5-900 μM D-木糖。100倍過量的葡萄糖、纖維二糖、半乳糖、甘露糖、核糖、果糖、蔗糖、木糖醇、麥芽糖和10倍過量的L-阿拉伯糖對D-木糖 (100 μM) 的測定均無干擾。

　　此木糖脫氫酶細菌表面展示系統(tǒng)也可用于開發(fā)為高靈敏、高特異性的電化學木糖生物傳感器 (L. Li, B. Liang, J. Shi, F. Li, M. Mascini*, A. Liu*, Biosensors and Bioelectronics 2012, DOI:10.1016/j.bios.2011.12.027.)，解決液相色譜、離子色譜法等傳統(tǒng)木糖檢測方法價格昂貴、分析周期長、靈敏度低等問題。

　　該研究得到了中科院“百人計劃”和中科院工業(yè)生物技術(shù)領(lǐng)域基礎(chǔ)前沿研究專項項目的資助。