[发明专利]一种耐高温的超氧化物歧化酶及其编码基因和应用

说明书

技术领域：

本发明属于生物医药、化妆品和食品等领域，具体涉及一种耐高温的超氧化物歧化酶及其编码基因和应用。

背景技术：

超氧化物歧化酶(superoxide dismutase，SOD)主要生理作用是清除体内氧自由基，超氧化物歧化酶需要结合金属离子才能催化清除氧自由基的过程，因此根据金属离子辅基的不同，可以将SOD分为三大类：Cu/Zn SOD，Fe或Mn-SOD以及Ni-SOD。SOD酶制剂被广泛应用在生物医药、化妆品和食品领域。

SOD对许多疾病都有治疗效果，比如癌症。研究表明在癌症早期SOD的活力较低，服用SOD药物能够预防和治疗癌症。SOD强大的抑癌作用，不仅体现在抑制癌细胞扩散上，而且还能肿瘤发生早期的新陈代谢(Robbins and Zhao 2014)。SOD的抑癌机制比较复杂，据报道，SOD缺乏能够导致DNA双链断裂，从而导致细胞缺乏RAD54B，引起细胞凋亡过程，而SOD能够抑制多种肿瘤的发生，因此SOD抑癌机制可能次相关(Sajesh,Bailey et al.2013)。SOD药物对于食道癌、直肠癌和乳腺癌等均有较好疗效(O'Leary,Hrabe et al.2013；Radenkovic,Milosevic et al.2013；Sun,Wang et al.2013)。

在化妆品中添加SOD的主要作用是利用SOD来清除自由基，人们在长期的强光，缺氧等环境下能产生对皮肤造成损害的活性氧。活性氧不能及时清除会导致衰老。Semseil等(Semseil，1999)发现衰老过程和SOD表达量的减少密切相关。另外，皮肤中的SOD表达量也会随着年龄的增长而减少。SOD可以通过皮肤吸收，解决诸多皮肤问题，因此SOD深受女性的喜爱。曲爱琴等(曲爱琴等,1997)给酵母SOD高产菌适宜的培养基和培养条件，以纯化得到了SOD酶以为原料制成的霜剂化妆品对皱纹、粉刺和色素沉着有明显疗效，总有效率为82.1％。充分地支持这一结论。

SOD在食品中也有较大的应用价值，一些SOD通过口服也是有效的，因此通过食物补充SOD也是可行的。SOD酸奶、SOD啤酒、水果、大米等食品不断被开发。但是食品加工过程大多涉及到加热提取，灭菌等过程，因此常温SOD酶很难满足应用，开发稳定高效的SOD酶显得十分迫切。

如上所述，SOD酶主要应用在食品、生物医药和化妆品领域，在这些领域都要求SOD具有较高的稳定性和酶活。现阶段SOD的来源主要有：第一，从动物或其组织中直接提取。这种方法提取的SOD具有排他性，且不易常温保存、又有艾滋病等血液病毒交叉感染的潜在危险，所以国际卫生组织呼吁：立刻停止动物性SOD的使用。第二，从微生物或其它生物中提取。此种方法，原材料的获得和提取纯化方法都比较繁琐。第三，利用生物工程的方法发酵获得。这种方法不仅安全、不受原材料制约，而且技术简单、效率高、成本低，是筛选高活性，高稳定性SOD酶较为可行的方法。

SOD酶稳定性和酶活较高的多集中在SODA家族的Fe和Mn-SOD。如Zhu等从深海来源的耐热微生物(Geobacillus sp EPT3)克隆表达了一种Mn-SOD，这种SOD在90℃下处理1h仍有57％的酶活(Zhu,Wang et al.2014)。Liu等从嗜热细菌(Thermus thermophilus HB27)分离一种Mn-SOD则能耐受更高的温度，在100℃处理1h残留酶活仍有57％(Liu,Yin et al.2011)。Boyadzhieva等从一株枯草芽孢杆菌(Bacillus licheniformis)中纯化了一个Mn-SOD，酶在95℃的半衰期为10min，但是其酶活高达9780U mg-1(Boyadzhieva,Atanasova et al.2010)。Wang等从盐菌属细菌(Rhodothermus sp XMH10)中克隆表达的一种SOD酶。该酶对KCN,NaN₃和H₂O₂均不敏感，也属于Mn-SOD酶(Wang,Yang et al.2008)。从以上的研究不难发现Mn-SOD一般具有较好的热稳定性，仅有少量的报道其它类型的SOD具有耐高温能力，如从热子囊菌(Thermoascus aurantiacus)的一种Cu/Zn-SOD也具有较强的耐高温能力，在70℃处理1h剩余53％酶活(E,Guo et al.2007)。因此从SODA中开发稳定性较好的超氧化物歧化酶是一种不错的策略。