高活性苯丙氨酸解氨酶突变体及其表达菌株的制作方法

本发明涉及一种高活性苯丙氨酸解氨酶突变体及其表达菌株，属于生物医药。

背景技术：

1、芳香族氨基酸裂解酶家族（ec 4.3.1.23-1.25与4.3.1.3）成员包括：苯丙氨酸解氨酶（pal）、酪氨酸解氨酶（tal）、组氨酸解氨酶（hal）。具体地，具有苯丙氨酸解氨酶的pal具有催化l-苯丙氨酸脱氨形成反式肉桂酸，其在高等植物、酵母、菌类中被发现。由于其能降解苯丙酸的特殊能力，pal蛋白常被用于治疗基因缺陷的疾病苯丙酮尿症。

2、苯丙酮尿症(phenylketonuria)，简称pku，是先天性氨基酸代谢障碍中最常见疾病，也是一种常染色体隐性遗传病，因苯丙氨酸羟化酶基因突变，导致酶活性降低，苯丙氨酸及其代谢产物在体内蓄积导致的疾病。一般在出生后3-6个月开始出现症状，临床表现有智力、运动发育落后、皮肤毛发色素减少、鼠尿臭味等。如果未得到及时治疗，高量的苯丙氨酸累积会引起较为严重的医学问题，例如癫痫发作、智力障碍等。

3、目前，常见治疗苯丙酮尿症的药物大多是化学药物，存在较高的毒副作用、容易产生耐药性等缺点，生物药物中，现阶段治疗pku的特效药是注射peg修饰后的重组pal蛋白（peg-pal），可以将人血浆中的苯丙氨酸浓度降低至较为安全的浓度水平，但peg-pal会引起较为严重的免疫反应；不同于peg-pal侵入性制剂及治疗方法，国内外也有口服pal制剂的研究，口服递送的优势是无免疫排斥反应，但是缺点亦较为明显，口服的pal会被肠胃内的胰蛋白酶、胃蛋白酶、胰凝乳蛋白酶等分解。无论是侵入式注射剂，还是口服式蛋白剂，首要解决的都是在减少药物用量的前提下提高pal蛋白的催化活性及稳定性，因此天然pal的定向改造尤为重要。

4、酶的定向进化（directed evolution），是一种蛋白质的非合理设计，可以人为的创造特殊的进化条件，模拟自然进化机制，在体外改造基因，并定向选择出所需性质的突变酶。酶的定向进化分为理性设计和非理性设计。酶分子的理性设计是指，利用生物化学、晶体学、光谱学等方法对天然酶或其突变体行研究，获得酶分子特征、空间结构、结构和功能之间关系以及氨基酸残基功能等方面的信息，以此为依据对酶分子进行改造；相对应的是，不需要准确的结构信息，通过随机突变、基因改组、定向筛选等方法对其进行改造，称之为酶分子的非合理设计。其中非理性设计的实用性强、成本低，可以通过酶学性质筛选随机突变，获得酶活性显著提升的突变酶分子。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明通过酶的定向进化技术获得苯丙氨酸解氨酶活性显著提升的突变酶分子，并提供了表达该突变体的工程菌株。

2、本发明的第一个目的是提供一种高活性苯丙氨酸解氨酶突变体，所述突变体是将氨基酸序列如seq id no.1所示的苯丙氨酸解氨酶突变为氨基酸序列如seq id no.8所示的苯丙氨酸解氨酶突变体。

3、进一步地，所述氨基酸序列如seq id no.1所示的苯丙氨酸解氨酶的编码基因的核苷酸序列如seq id no.2所示。

4、本发明的第二个目的是提供一种编码所述苯丙氨酸解氨酶突变体的基因。

5、本发明的第三个目的是提供一种携带所述基因的表达载体。

6、进一步地，所述表达载体采用pet23b或pet28a为载体。

7、本发明的第四个目的是提供一种表达所述苯丙氨酸解氨酶突变体的表达菌株。

8、进一步地，所述表达菌株还包括采用sumo蛋白标签、gst蛋白标签或groe蛋白标签促进苯丙氨酸解氨酶突变体表达。

9、进一步地，所述表达菌株是以大肠杆菌为宿主。

10、进一步地，所述大肠杆菌为大肠杆菌bl21 de3。

11、本发明的第五个目的是提供所述苯丙氨酸解氨酶突变体在制备治疗苯丙酮尿症的药物中的应用。

12、本发明的有益效果是：

13、本发明采用定向进化对苯丙氨酸解氨酶进行基因突变，并通过高通量筛选获得酶活性显著提高的苯丙氨酸解氨酶突变体，反应1 h，对苯丙氨酸降解率达到38%以上，酶活提升67%以上。并通过蛋白标签的添加，将降解率提升至100%。本发明提供的苯丙氨酸解氨酶突变体及其表达菌株，可将累积的苯丙氨酸代谢掉，避免其在体内蓄积，从而达到治疗苯丙酮尿症的目的。

技术特征：

1.一种高活性苯丙氨酸解氨酶突变体，其特征在于，所述突变体是将氨基酸序列如seqid no.1所示的苯丙氨酸解氨酶突变为氨基酸序列如seq id no.8所示的苯丙氨酸解氨酶突变体。

2.根据权利要求1所述苯丙氨酸解氨酶突变体，其特征在于，所述氨基酸序列如seq idno.1所示的苯丙氨酸解氨酶的编码基因的核苷酸序列如seq id no.2所示。

3.一种编码权利要求1所述苯丙氨酸解氨酶突变体的基因。

4.一种携带权利要求3所述基因的表达载体。

5.根据权利要求4所述表达载体，其特征在于，所述表达载体采用pet23b或pet28a为载体。

6.一种表达权利要求1或2所述苯丙氨酸解氨酶突变体的表达菌株。

7.根据权利要求6所述表达菌株，其特征在于，所述表达菌株还包括采用sumo蛋白标签、gst蛋白标签或groe蛋白标签促进苯丙氨酸解氨酶突变体表达。

8.根据权利要求6所述表达菌株，其特征在于，所述表达菌株是以大肠杆菌为宿主。

9.根据权利要求8所述表达菌株，其特征在于，所述大肠杆菌为大肠杆菌bl21 de3。

10.权利要求1或2所述苯丙氨酸解氨酶突变体在制备治疗苯丙酮尿症的药物中的应用。

技术总结
本发明公开了一种高活性苯丙氨酸解氨酶突变体及其表达菌株。本发明采用定向进化对苯丙氨酸解氨酶进行基因突变，并通过高通量筛选获得酶活性显著提高的苯丙氨酸解氨酶突变体，反应1 h，对苯丙氨酸降解率达到38%以上，酶活提升67%以上。并通过蛋白标签的添加，将降解率提升至100%。本发明提供的苯丙氨酸解氨酶突变体及其表达菌株，可将累积的苯丙氨酸代谢掉，避免其在体内蓄积，从而达到治疗苯丙酮尿症的目的。

技术研发人员：王立,孔繁智,王斗,程明飞,卢军平
受保护的技术使用者：苏州优信合生技术有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13