[发明专利]一种改变木聚糖酶热稳定性的方法

说明书

本申请公开一种改变木聚糖酶热稳定性的方法，本发明通过ClusterOne算法对木聚糖酶的残基相互作用网络进行重叠社团挖掘，分析重叠社团与木聚糖酶耐热性的关系，从中发现关键的相互作用力和关键残基。本发明方法不仅拓展了ClusterOne算法的应用空间，还可以为相关科研人员提供如何去提高木聚糖酶的热稳定性的改造思路，分析得出的关键相互作用力和关键残基可被用于定点诱变的设计方案中。

技术领域

本发明涉及一种改变木聚糖酶热稳定性的方法，属于计算机应用技术领域。

背景技术

木聚糖酶能将木聚糖水解为低聚木糖和木糖，在食品，化工，造纸，饲料等行业中有着十分重要的作用。由于天然木聚糖酶难以满足工业生产对高温需求，特别是造纸制浆过程，科研人员通过多种方法对其进行耐热性改造。研究表明，许多因素会影响木聚糖酶的耐热性，其中较为关键的有二硫键，残基组成，疏水作用，盐桥和氢键等等。可见，蛋白质的热稳定性是多种因素相互作用的结果，利用残基相互作用网络从系统的角度出发，不仅可以剖析木聚糖酶的耐热机制，还可以为其他酶的改造提供理论参考。

至今，许多研究方法被运用于探究木聚糖酶的耐热机制。如：KatewadeeBoonyapakron(《Thidarat Nimchna，Verawat Champreda，Penchit Chitnumsub，Structure-based protein engineering for thermostable and alkaliphilicenhancement of endo-β-1，4-xylanase for applications in pulp bleaching》，Journal of Biotechnology，2017，259：95-102)等人通过PCR对木聚糖酶进行定点突变，发现半胱氨酸之间产生的二硫键有利于木聚糖酶在高温下提高催化效率；Nanyu Han(《Enhancing thermal tolerance of a funga1 GH11xylanase guided by B-factoranalysis and multiple sequence alignment》，Enzyme and Microbial Technology，2019，131：109422)等人应用B因子分析、分子动力学模拟和结构分析，证明通过定点替换残基位可以构建有良好热稳定性的木聚糖酶突变体，且高温下的产生的新氢键作用力有利于提高木聚糖酶突变体的热稳定性；侯洁(《N末端改造提高GH11家族木聚糖酶热稳定性的研究进展》，食品科学，2019，40(3)：302-308)等人采用替换末端片段，引入部分氨基酸，构建二硫键三种N末端改造方法，有效提高木聚糖酶的耐热性；季静思(《残基相互作用网络特征与木聚糖酶耐热性的关系》，中国生物化学与分子生物学报，2019，35(11)：1284-1293)等对耐热木聚糖酶和常温木聚糖酶的残基相互作用网络进行社团划分，发现耐热木聚糖酶网络比常温木聚糖酶网络的社团规模和社团密度高，社团内部更紧密。此外耐热木聚糖酶网络hub点中疏水性氨基酸比例极高，有利于疏水核的生成，稳定结构。

重叠社团已被证实可以应用在社交生活分析，蜂窝网络位置管理，疫情传播，多种疾病间共有分子机制研究等多个方面，但未在文献及专利中见到将基于重叠领域扩展聚类的ClusterOne算法用于分析重叠社团与木聚糖酶耐热性的关系。

发明内容

本发明的目的是提供一种重叠社团与木聚糖酶耐热性关系的研究方法，利用ClusterOne算法进行重叠社团挖掘，分析重叠社团与木聚糖酶耐热性的关系，从中发现关键的相互作用力和关键残基。技术方案包括如下步骤：

(1)重叠社团的识别

对于每个木聚糖酶包括300K下的300个网络以及400K下的300个网络，每隔15个选择一个网络，最后每个木聚糖酶在不同温度下都有21个残基相互作用网络。

输入每一帧残基相互作用力网络，利用贪心算法从网络中获取具有高内聚性f(V)的社团，其中贪心算法如下：