[发明专利]一种短小芽孢杆菌漆酶基因及其表达与应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种漆酶基因，尤其是一种短小芽孢杆菌漆酶基因及其表达与应用，属于生物工程技术领域。

背景技术

漆酶（Laccase,E.C.1.10.3.2）是一种含铜多酚氧化酶，能催化酚类物质的氧化还原反应，在木质素及其前体类似物的生物降解中发挥重要作用。漆酶的氧化底物极为广泛，包括酚类及其衍生物、芳胺及其衍生物、芳香羧酸及其衍生物等，因此漆酶应用潜力巨大。在木材加工领域，漆酶能代替化学胶合剂，不但能提高产品质量，而且能减轻对人体健康的伤害及对环境的污染；在造纸工业中，漆酶用于纸张生物漂白和制浆，可减少制浆造纸厂的污染，有助于造纸业最终实现清洁生产；在食品加工领域，漆酶可用于除去果汁中酚类化合物引起的混浊，从而提高果汁的质量。此外，漆酶还可氧化氯酚及其衍生物，降低其毒性，减少以氯酚类为工业原料生产染料、防腐剂、除草剂、杀虫剂等化工产品而造成的环境污染。

漆酶按来源不同可分为三大类：植物漆酶、真菌漆酶和细菌漆酶。植物漆酶主要由漆树漆液分离而得。真菌漆酶来源更为广泛（存在于多种担子菌中），具单电子氧化还原电位高、催化活性强等优点，既能催化底物的氧化聚合又能对木质素进行催化降解，是一直以来人们重点研究的漆酶种类。细菌漆酶则发现相对较晚，最初是1993年由Givaudan等人首先在一种生脂固氮螺菌中鉴定出来的。随后，科研人员又陆续在交替单胞菌、大肠杆菌、假单胞菌、粘质沙雷氏菌、球形芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、极端耐碱芽孢杆菌、灰色链霉菌等细菌中发现了不同种类的具漆酶活性的功能蛋白，如枯草/地衣/短小芽孢杆菌的CotA蛋白、海单胞菌的PpoA蛋白、大肠杆菌的CueO蛋白、灰色链霉菌的EpoA蛋白等，这些细菌漆酶与真菌漆酶蛋白结构相似，都具有4个铜离子结合位点。

由于真菌来源漆酶在工作环境pH偏碱性时活性非常低或几乎没有，热稳定性也较差，且丝状真菌生长周期长，培养基要求高，菌丝在发酵罐中易受到高剪切力的损伤，这大大限制了真菌漆酶在工业上的应用。研究揭示，细菌来源漆酶虽氧化活性普遍略低于真菌来源漆酶，然而它们往往具有一些自身独特的优点：如无需糖基化修饰、热稳定性好、酶活性的最适pH范围广等，这些性质正是目前漆酶工业应用所急需的。

据最新资料统计，我国每年印染废水排放量占总工业废水排放量的35％，己成为危害最大的重要污染源，大部分合成染料都难以被微生物降解。这些染料化合物通常被用于纺织、食品、塑胶和生物医学的着色剂，每年全世界商用染料使用达7×10⁵吨，种类达1×10⁴种，其中5～10％的染料都以工业污水形式排放出来。有色污水直接释放到环境中，许多染料在厌氧环境下可能转化为有毒物质或致癌物质，众多国家相继都颁布了严厉的法规来限制工业染料污水的排放。由于染料自身特殊的化学结构，使用物理或化学法（凝结、臭氧、活性炭）处理往往效果不佳，且还易造成二次污染。研究表明，生物法（使用漆酶、锰过氧化物酶等）具有脱色率高、运行成本低、绿色环保的优势，是处理印染废水的潜在有效手段，是当前印染废水脱色研究的热点。绝大多数排放的工业印染污水往往温度很高且pH值偏碱。在各类来源的漆酶中，真菌漆酶由于只在pH偏酸环境下具有较好的脱色效果，在偏碱性条件下难以发挥作用，且耐热温度低于细菌漆酶，所以细菌漆酶凭借其独特优势在工业印染废水处理中更具应用潜力。

因此，挖掘能耐受高温和高pH值（耐碱）条件的细菌漆酶基因并实现规模化生产具有重要研究意义和应用价值。

发明内容

本发明的第一个目的在于提供一种新的短小芽孢杆菌漆酶基因cotA，其特征在于其核苷酸序列如以下1）或2）所示：

1）其核苷酸序列为SEQ ID NO.1所示核苷酸序列；

2）在1）限定的核苷酸序列基础上经碱基的缺失、取代、插入或突变而成且具有编码有活性的漆酶的核苷酸序列。

所述基因编码的蛋白质及含有所述基因的转基因细胞系、基因工程菌、表达载体或克隆载体均属于本发明保护的范围。

本发明的第二个目的是提供一种高产漆酶的重组大肠杆菌及其构建、表达方法。

所述高产漆酶的重组大肠杆菌的构建方法为选取大肠杆菌冷休克表达载体pColdII，构建重组表达载体pColdII-cotA，以大肠杆菌E.coli BL21(DE3)为宿主进行表达，具体步骤如下：