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高效脂肪酶催化制備脂溶性維生素關鍵技術及產業化

1、成果來源、成果被評價及認定（發明專利授權號）等情況 本項目來源于國家“十二五”科技支撐計劃項目“大宗糧食綠色加工技術與 產品”中課題“玉米淀粉加工關鍵技術研究與示范（2012BAD34B07，479 萬元， 研究起止時間：2012.01-2014.12）”和國家自然科學基金“酶法選擇性合成單一 類型環糊精的控制策略研究（31101228，25 萬元，研究起止時間：2012.01- 2014.12）”，屬于農產品深加工科學技術領域。本項目累計申請發明專利 7 項（1 項獲授權），發表論文 11 篇（8 篇被 SCI 收錄），于 2015 年 7 月通過中國糧油學 會鑒定，獲國際先進評價。 2、主要技術內容、作用、對行業的意義，獲獎情況 CGT 酶生產環糊精最不利的條件之一是產物特異性差，給產物的分離純化 帶來很大不便。同時，CGT 酶存在的另一大缺陷是其熱穩定性較差，由于在環糊 精工業化生產中，底物淀粉首先要經過高溫糊化、液化處理，然后降溫至適當溫 度進行環化反應，若 CGT 酶能夠適應更高的反應溫度，勢必有助于提高反應效率， 因此，有必要改善 CGT 酶的熱穩定性，提高其催化效率，進而有效降低環糊精生20 產成本。本項目主要是通過改善 CGT 酶產物特異性和熱穩定性，提高該酶的使用 性能，將其應用于環糊精的工業化生產中，能顯著降低環糊精的生產成本，促進 環糊精在各個領域的廣泛應用。因此，隨著環糊精在食品、醫藥等領域中的應用 越來越廣闊，開發改善 CGT 酶使用性能的關鍵技術顯得尤為重要，具有很好的推 廣應用前景。 3、成果的技術指標、創新性與先進性 本項目在長期從事淀粉生物轉化研究的基礎上，針對環糊精工業化生產過程 中 CGT 酶的產物特異性和熱穩定性較差問題，通過深入研究和不懈努力，逐步改 善了 CGT 酶的產物特異性和熱穩定性，突破了關鍵技術，并實現了具有理想產物 特異性和熱穩定性的β-CGT 酶突變體在酶法生產β-環糊精中的應用。該酶使用 性能改善易操作，具有很好的應用價值，技術位于國際領先水平。與國內外同類 技術相比，具有以下創新： ①針對 CGT 酶產物特異性較差的問題，確定了 CGT 酶的產物特異性與其一級 結構的相關性，獲得構建具有理想產物特異性的 CGT 酶突變體的簡單可行方法， 為從本質上改善 CGT 酶的產物特異性提供理論基礎； ②針對 CGT 酶熱穩定性較差的問題，采用定點突變技術闡明了重要氨基酸殘 基對 CGT 酶熱穩定性產生影響的規律，獲得了構建具有理想熱穩定性的 CGT 酶突 變體的簡單可行方法，為從根本上改善 CGT 酶的熱穩定性打下了基礎； ③ CGT 酶使用性能的改善方法簡單易行，所得到具有理想產物特異性和熱 穩定性的酶突變體可直接應用于β-環糊精的工業化生產，能提高β-環糊精的得 率，降低β-環糊精的生產成本。 

隨著首個RNA修飾N6-甲基腺嘌呤（m6A）的去修飾酶FTO的發現，RNA表觀遺傳學/表觀轉錄組學開始興起并成為表觀遺傳學新的研究熱點。m6A作為首個被發現的可逆RNA修飾，廣泛存在于mRNA，依賴修飾酶、去修飾酶和結合蛋白發揮調控功能。已發現m6A具有調控mRNA剪接、出核、穩定性和蛋白翻譯等功能，可以參與發育、配子發生、細胞重編程、生物節律、疾病等多種生理和病理過程的功能調控。為了更好地研究m6A生物功能和臨床病理研究，開發m6A高通量測序技術一直是研究的熱點。 現有m6A測序技術主要依賴于m6A抗體富集技術，包括低分辨率的m6A-seq/MeRIP-seq和聯用iCLIP或PAR-CLIP技術的高分辨率m6A測序技術miCLIP 或PA-m6A-seq。抗體存在對特定RNA序列或結構的潛在非特異性結合，為了解決抗體方法的種種問題，研究者們做出了各種嘗試，近期開發了兩類無需抗體的m6A測序技術，一類為利用對特定甲基化序列（m6ACA）敏感的RNA核酸內切酶MazF輔助的測序方法（m6A-REF-seq or MAZTER-seq），此類方法只能檢測16~25%的m6A位點；另一種是在細胞內表達融合m6A-binding domain（YTH）與胞嘧啶脫氨酶（APOBEC1）的融合蛋白實現的m6A測序（DART-seq），但該方法依賴于細胞轉染效率且受限于體外樣品的使用。 賈桂芳課題組一直致力于開發和利用核酸化學生物學技術研究RNA化學修飾在動植物中的生物功能研究。在本課題中，賈桂芳課題組巧妙地利用m6A的去甲基酶FTO蛋白作為催化劑，將mRNA上化學惰性的m6A轉化為高反應活性的中間態產物N6-羥甲基腺嘌呤（hm6A），然后利用二硫蘇糖醇（DTT）的巰基與hm6A發生亞胺1,2加成反應，將不穩定的hm6A轉化為更穩定的巰基加成產物dm6A。dm6A上的自由巰基可以與甲烷硫代磺酸（methanethiosulfonate，MTSEA）快速反應，實現在mRNA上m6A的位置標記生物素Biotin，最終可被鏈霉親和素珠捕獲，從而富集含有m6A修飾的RNA片段供后續高通量測序使用。

本項目涉及一種新型的超級糖胺聚糖裂解酶 HCLase. 通過對提取的外周血基因組 DNA 與目的基因 GSTM3 啟動子的甲基化特異 性引物對和探針、內參基因 ALU-C4 的特異性引物對和 Taqman 熒光探針序列， 對處理過的 DNA 進行實時定量聚合酶鏈式（PCR）反應,用甲基化特異性 PCR 205 的方法檢測目的基因 GSTM3 和內參基因 ALU-C4 的閾值循環值，并計算出基 因 GSTM3 甲基化定量值。有助于評估病情、判斷預后及指導治療。

研發階段/n本成果合成了人工免疫原和包被原，制備出高效價的特異性抗體，建立了肌肉(豬、雞、魚)、肝臟(豬、雞)、腎臟(豬)中AOZ殘留檢測的ELISA方法，并與建立的多殘留檢測HPLC方法進行了對比。該方法的檢測限、回收率、變異系數均達到我國獸藥殘留快速檢測的要求。以上述方法為基礎，在國內首次研制出動物樣品中AOZ殘留檢測ELISA試劑盒。通過與國外同類試劑盒、HPLC法的比對和動物殘留試驗證明，該試劑盒的靈敏度、準確度和重現性與國外試劑盒水平相當。經多家檢測機構和研究單位的復核和應用表明，該試劑盒

研發階段/n本發明公開了一種從高效表達的基因工程菌中提取重組黃曲霉尿酸氧化酶的方法。該菌是攜帶重組質粒的大腸桿菌Rosetta(DE3)，該重組質粒是含黃曲霉尿酸氧化酶uricase基因的質粒pET-30c(+)。用該菌生產黃曲霉尿酸氧化酶的方法包括四個步驟：A、工程菌發酵，累積胞內尿酸氧化酶；B、超聲波破胞，離心收集上清液（含可溶性尿酸氧化酶）；C、依次進行離子交換層析、疏水層析及凝膠過濾層析，收集活性峰；D、將活性峰冷凍干燥，即得高純度的重組黃曲霉尿酸氧化酶。本發明的優點：生產重組黃曲霉尿酸氧化

(R)-硫辛酸是一種能消除老化與致病的類似維他命的物質，可以去除機體自由基，促進機 體利用葡萄糖合成維生素C，能有效去除黑色素，還可協助輔酶進行有利于機體免疫力的生理 代謝，是一種萬能抗氧化劑藥物，廣泛應用于預防和治療心臟病、糖尿病及老年癡呆癥。而近 年來歐美國家開始將其應用于食品、保健品及化妝品，應用范圍的擴展為其市場增長提供了廣 闊的空間。目前 (R)-硫辛酸的生產主要是通過化學拆分法合成 (化學拆分法合成途徑) ，即先通 過化學法合成混旋硫辛酸，再利用苯乙胺作為拆分劑對其進行拆分，得到的右旋硫辛酸苯乙胺 鹽，經鹽酸脫鹽得到 (R)-硫辛酸粗品，精制后即可得到合格的 (R)-硫辛酸。但由于該法工藝復 雜，需要多次結晶，成本高、理論得率僅為50%。 本技術利用酶法不對稱還原8-氯-6-羰基辛酸乙酯制備 (S)-8-氯-6-羥基辛酸乙酯，再結合化 學法合成 (R)-硫辛酸的工藝路線 (化學-酶法合成途徑) ，可使 (R)-硫辛酸的合成步驟由化學-拆 分法的9步縮減到化學-酶法的6步、產品收率提高40%、生產成本降低20%，而且也顯著地減少 了原料消耗和廢物排放，是典型的環境友好的綠色合成工藝。合成的最終產品 (R)-硫辛酸的光 學純度在99%以上，其產業化更具有經濟效益、更符合綠色技術的要求 

氯吡格雷 (Clopidogrel) ，商品名波立維 (Plavix) ，是抑制血小板聚集的藥物。年銷售額超 過百億美元，是目前世界上排名第二位的重磅炸彈級藥物。 (R)-鄰氯扁桃酸甲酯是氯吡格雷原料藥合成的重要前體化合物，酶促鄰氯苯甲酰甲酸甲酯 不對稱還原是制備 (R)-鄰氯扁桃酸甲酯的重要方法，具有轉化率高、產品光學純度好、環境污 染小等顯著優點。 本項目我們通過廣泛篩選，獲得一個高立體選擇性的羰基還原酶，將其與葡萄糖脫氫酶共 克隆表達于大腸桿菌中，使用重組大腸桿菌整細胞在單水相體系中高效催化鄰氯苯甲酰甲酸甲 酯的不對稱還原，使用廉價的葡萄糖作為輔底物，反應體系中無需額外添加價格昂貴的輔酶， 反應體系簡便，原料成本低廉。底物濃度可高達600 g/L，完全轉化，產物 (R)-鄰氯扁桃酸甲酯 的得率高于90%，光學純度高于99.9%。具有很好的產業化前景。

阿托伐他汀，又名立普妥，能夠降低血漿膽固醇和脂蛋白水平，是目前世界銷售排名首位 的重磅炸彈級藥物，年銷售額超過百億美元。 (S)-4-氯-3-羥基丁酸乙酯是阿伐他汀手性側鏈合成的重要前體化合物，酶促4-氯-乙酰乙酸 乙酯不對稱還原是制備 (S)-4-氯-3-羥基丁酸乙酯的重要方法，具有轉化率高、產品光學純度 好、環境污染小等顯著優點。 本項目我們通過廣泛篩選，獲得一個高立體選擇性的羰基還原酶ScCR，該酶可以在有機 /水兩相體系中高效催化4-氯-乙酰乙酸乙酯的不對稱還原，使用廉價的異丙醇作為輔底物， 無需額外添加輔酶再生用酶，反應體系簡單。使用含該酶的大腸桿菌整細胞作為催化劑，底 物濃度可高達600 g/L，完全轉化，產物 (S)-4-氯-3-羥基丁酸乙酯的得率達96%，光學純度高于 99%。具有很好的產業化前景。

近日，東南大學化學化工學院、江蘇省富碳材料器件工程研究中心張袁健教授團隊（https://carbosensing.group）在Fe-N-C納米酶在催化抗壞血酸氧化反應中的機制研究取得進展，相關成果以“Insights into Iron Leaching from an Ascorbate-Oxidase-like Fe-N-C Nanozyme and Oxygen Reduction Selectivity”為題在化學領域國際權威學術期刊Angew. Chem. Int. Ed.以VIP Paper形式在線發表。