Để kiểm tra xem pelC có mặt trong các thể biến nạp dương tính với pectin hay không, chúng tôi tiến hành tách chiết plasmid của một số thể biến nạp dương tính với pectin và kiểm tra bằng PCR. Kết quả cho thấy tất cả các thể biến nạp dương tính với pectin đều có mặt pelC (hình 3.9), do đó có thể kết luận rằng vector biểu hiện pET43pelC đã được thiết kế thành công.
.
Hình 3.9. Kết quả kiểm tra sự có mặt của pelC trong các chủng BL21/pET43pelC
1- 4: Gen pelC được nhân lên bằng PCR từ các dòng khuẩn lạc khác nhau; 5: Đối chứng dương; 6: Thang DNA chuẩn 12kb (Fermentas).
Băng1,2kb
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
3.6. Biểu hiện enzyme tái tổ hợp PelC (rPelC) trong môi trƣờng lỏng
Biểu hiện rPelC trong E. coli BL21 ở các nhiệt độ khác nhau
Hệ biểu hiện pRET-T7 và E. coli BL21 (DE3) được thiết kế tối ưu cho biểu hiện gen ngoại lai ở 370C. Tuy nhiên, tùy thuộc vào tính chất của mỗi protein mà các gen mã hóa cho protein sẽ được biểu hiện ở một nhiệt độ tối ưu nào đó. Trong nghiên cứu này, chúng tôi lựa chọn nhiệt độ biểu hiện: 37o
C, 30oC, 25oC. Dòng tế bào BL21/pET43pelC dương tính với pectin trên môi trường thạch được sử dụng để biểu hiện pectinase trong môi trường lỏng. Các bước biểu hiện đã được mô tả trong phần phương pháp. Sau 4 giờ cảm ứng với 1mM IPTG, dịch nuôi được ly tâm 10000 v/ph trong 5 phút, phần dịch nổi (chứa protein ngoại bào) và phần tế bào (chứa protein nội bào và khoang chu chất) được thu nhận riêng rẽ để kiểm tra hoạt tính pectinase và chạy điện di SDS-PAGE. Kết quả cho thấy khi biểu hiện BL21/pET43pelC ở 25oC cho hoạt tính pectinase tương đối cao (30,2 U), và cao nhất ở 30oC (84,5 U). Không thấy hoạt tính pectinase khi biểu hiện ở nhiệt độ 37oC (bảng 3.1). Điều này chứng tỏ nhiệt độ 37oC không phù hợp cho sự biểu hiện enzyme này. Lý do có thể nhiệt độ 37oC làm biến tính enzyme hoặc ảnh hưởng bất lợi trong quá trình đóng gói (folding) của enzyme. Điều này cũng xảy ra tương tự đối với PelA và PelB của chủng ANT/505 khi biểu hiện trong E. coli trong thông báo trước đây [44].
Bảng 3.1. Hoạt tính pectinase của rPelC khi biểu hiện ở các nhiệt độ khác nhau
Nhiệt độ biểu hiện Hoạt tính pectinase (U)
Dịch ngoại bào Trong tế bào
25 (oC) 30,2 3.0
30 (oC) 84,5 16,5
37 (oC) 0.0 0.0
Kết quả trên cũng phù hợp với kết quả điện di protein SDS-PAGE (hình 3.10). Trên bản điện di cho thấy chỉ xuất hiện một băng protein ngoại
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
bào kích thước khoảng 50 kDa tương đương với chiều dài protein PelC theo tính toán ở mẫu biểu hiện 30oC (hình 3.10A ). Trên điện di protein nội bào hầu như không thấy sự sai khác giữa mẫu đối chứng và mẫu biểu hiện (hình 3.10 B). Điều này chứng tỏ rPelC được tiết ra bên ngoài tế bào và là enzyme ngoại bào. Kết quả này hoàn toàn phù hợp với kết quả phân tích trình tự tín hiệu tiết (signal peptide) của PelC bằng phần mềm signalP đã chỉ ra rằng PelC có một trình tự signal peptide dài 51 amino acid (hình 3.5).
A B
Hình 3.10. Kết quả biểu hiện rPelC trong E. coli BL21(DE3) ở 30oC
Điện di protein ngoại bào (A) và nội bào của BL21/pET43pelC (B). 1: mẫu đối chứng âm (BL21/pET43pelC không cảm ứng IPTG); 2: mẫu biểu hiện
(BL21/pET43pelC cảm ứng IPTG sau 4h); 3: Marker chuẩn 200kDa (Fermentas).
3.7. Nghiên cứu một số tính chất của rPelC
3.7.1. Hoạt tính pectate lyase của rPelC
Pectinase là một nhóm enzyme phức tạp được phân loại thành 12 enzyme khác nhau. Pectate lyase là một pectinase phân cắt cơ chất pectin acid theo cơ chế chuyển liên kết, sản phẩm tạo thành một liên kết đôi trong phân tử
- 200 kDa - 119 - 66 - 50 - 43 - 29 1 2 3 - 200 kDa - 119 - 66 - 43 - 29 1 2 3
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
đường galacturonate, do đó chúng có thể dễ dàng được nhận diện thông qua việc phát hiện liên kết đôi ở bước sóng 235 nm bằng máy đo quang phổ. Để khẳng định rPelC có phải là một enzyme pectate lyase hay không, dịch enzyme ngoại bào của BL21/pET43pelC được sử dụng làm phản ứng enzyme với cơ chất pectin acid (90% demethylation). Sau khi kết thúc phản ứng, hỗn hợp phản ứng được đo trực tiếp trên máy đo quang phổ ở bước sóng 232nm. Kết quả cho thấy giá trị OD ở 232nm khá cao ở mẫu thí nghiệm (OD = 2,6) so với mẫu đối chứng (OD = 0,02) và tỉ lệ thuận với phương pháp đường khử (bảng 3.2). Điều này chứng tỏ rPelC là enzyme pectinase thuộc nhóm pectate lyase.
Bảng 3.2. Phát hiện liên kết đôi trong sản phẩm sau phản ứng phân cắt pectin acid của rPelC (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Mẫu thí nghiệm
Phƣơng pháp xác định hoạt tính pectinase
Đường khử (OD 530nm)
Phát hiện nối đôi (OD 232nm)
Dịch enzyme rPelC 2.2 2.6
Dịch lên men BL21 0.01 0.02
3.7.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ và pH tới hoạt tính của enzyme
Nhiệt độ và pH là hai yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến hoạt tính của enzyme. Mỗi một enzyme đều có một vùng nhiệt độ tối ưu và pH tối ưu cho phản ứng xúc tác enzyme. Để phát hiện nhiệt độ tối ưu cho phản ứng, dịch enzyme rPelC được ủ với 0,2% pectin trong đệm Tris 50mM, 20mM NaCl, 0.2mM CaCl2, pH10 ở các nhiệt độ khác nhau. Ngược lại, để phát hiện pH tối ưu cho phản ứng xúc tác enzyme, dịch enzyme rPelC được làm phản ứng ở nhiệt độ cố định 30oC và thay đổi tỉ số pH của đệm. Kết quả cho thấy nhiệt độ tối ưu cho phản ứng của rPelC là 30oC và pH tối ưu là từ 9.0 đến 10.0 (hình 3.11, 3.12). Tính chất này cũng tương tự như tính chất của PelA và PelB từ chủng ANT/505 đã được nghiên cứu trước đây [44].
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 0 20 40 60 80 100 120 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Nhiệt độ (°C) H o ạt t ín h ( % )
Hình 3.11. Ảnh hƣởng của nhiệt độ đến hoạt tính enzyme rPelC
0 20 40 60 80 100 120 6 6.5 7 7.5 8 8.5 9 9.5 10 10.5 11 12 pH H oạ t t ín h (% )
Hình 3.12. Ảnh hƣởng của pH đến hoạt tính enzyme rPelC
3.7.3. Ảnh hưởng của ion Ca²+
và Na+ đến hoạt tính pectinase của rPelC
Tính chất điển hình của pectate lyase là phụ thuộc vào ion Ca²+
và Na+ [48] do đó việc xác định nồng độ Ca²+
và Na+ thích hợp cho phản ứng enzyme là điều cần thiết. Để xác định nồng độ Ca²+
tối ưu, phản ứng enzyme được thực hiện trong đệm Tris 50mM bổ sung 20mM NaCl, ở pH 10, nhiệt độ 30oC, nồng độ CaCl2được tăng dần từ 0 – 4 mM. Ngược lại, để xác định nồng độ Na+
tối ưu, phản ứng enzyme được thực hiện trong đệm Tris 50mM bổ sung 0,2mM CaCl2, ở pH 10 và nhiệt độ 30o
C, nồng độ NaCl thay đổi từ 0 - 350 mM. Kết quả thu được cho thấy rPelC cần thiết phải có mặt ion Ca²+ trong phản ứng enzyme. Hoạt tính enzyme đạt tối ưu ở nồng độ Ca²+
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
mM đến 1mM. Nồng độ Ca²+
thấp hay cao hơn đều làm hoạt tính enzyme giảm rất nhanh (hình 3.13). 0 20 40 60 80 100 120 0 0.04 0.08 0.15 0.3 1 2 4 CaCl2 (mM) H oạ t tí nh (% )
Hình 3.13. Ảnh hƣởng của ion Ca²+
đến hoạt tính enzyme rPelC
Khác với ion Ca²+, ion Na+ không ảnh hưởng nhiều đến hoạt tính của rPelC. Hoạt tính rPelC vẫn đạt 75% khi không có mặt ion Na+ và đạt tối đa ở khoảng từ 20mM tới 60mM NaCl2 (hình 3.14)
0 20 40 60 80 100 120 0 4 10 20 40 80 150 250 350 NaCl (mM) ho ạt tín h (% ) Hình 3.14. Ảnh hƣởng của ion Na+
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
I. Kết luận (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
1. Tách dòng thành công gen pelC từ vi khuẩn Pseudoalteromonas haloplanktis ANT/505 trong E. coli. Gen pelC có kích thước 1193bp và có độ tương đồng100% so với gen pelC đã công bố trên ngân hàng gen.
2. Biểu hiện thành công pelC trong E. coli BL21(DE3), protein PelC có kích thước 50kDa.
3. Đã nghiên cứu một số tính chất của rPelC, enzyme này thuộc nhóm pectate lyase, nhiệt độ tối ưu cho phản ứng là 30oC, pH tối ưu từ 9-10, nồng độ tối thích của Ca²+
và Na+ cho hoạt tính enzyme lần lượt là (0,2 – 1mM) và (20 – 60 mM).
II. Kiến nghị
1. Tiếp tục nghiên cứu ảnh hưởng của một số ion kim loại khác đến hoạt tính của enzyme pectinase như ion Cu2+, Mg 2+, K+, EDTA.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
TÀI LIỆU THAM KHẢO I. Tài liệu tiếng việt
1. Lại Thị Mai Hương (2008), Nghiên cứu công nghệ chế biến bã đậu nành tạo chế phẩm dinh dưỡng giàu chất xơ, Báo cáo nghiệm thu, Trường Đại học Bách Khoa, Thành phố Hồ Chí Minh.
2. Tôn Nữ Minh Nguyệt, Đào Văn Hiệp (2006), “Nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật sấy phun trong sản xuất bột chanh dây”, Tạp chí phát triển khoa học và công nghệ, 9 (4), 69-75.
3. Lê Hồng Phú, Nguyễn Đức Lượng (2008), "Nghiên cứu sinh tổng hợp enzyme pectinase, cellulase từ vi khuẩn Aspergillus niger và ứng dụng để xử lý vỏ cà phê trong sản xuất phân hữu cơ", Tạp chí phát triển khoa học và công nghệ, 11(12), 53-60.
II. Tài liệu tiếng nƣớc ngoài
4. Ahlawat S., Mandhan R. P., Dhiman S. S., Kuman R., Sharma J. (2008), “Potential application of alkaline pectinase from Bacillus subtilis SS in pulp and paper industry”, Appl biochem Biotechnol, 149 (3): 93-287.
5. Albersheim P., Kilias U. (1962), "Study relating to the purification and properties of pectin transeliminase”, Arch Biochem Biophys, 97:107- 115. 6. Batra S. K. (1985), in Handbook of Fiber Science and Technology (Lewin,
M., Pearce, E. M., eds) Marcel Decker, New York: 727-807.
7. Bernfeld P. (1955), Amylases α and β. In: Colowick SP, Kaplan NO (eds) Methods in enzymology. Academic, New York, 149-158.
8. Castelien J. M. (1976), Lebensmittel-Wissencshaft und technolgie, 9: 277. 9. Chong S. C., Liu Y., Cummins M., Valentine D. L., Boone D. R. (2002),
“Methanogenium marinum sp. nov., a H2-using methanogen from Skan Bay, Alaska, and kinetics of H2 utilization”, Antonie Van Leeuwenhoek
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
10. D'Amico S., Collins T. (2006), "Psychrophilic microorganisms: challenges for life." EMBO Rep 7(4): 385-9.de Vries, R. P. and J. Visser (2001). "Aspergillus enzymes involved in degradation of plant cell wall polysaccharides", Microbiol Mol Biol Rev 65(4): 497-522, table of contents 11. De Vries R. P., Michelsen B., Poulsen C. H., Kroon P. A., Visser J. (2001), "Aspergillus enzymes involved in degradation of plant cell wall polysaccharides", Microbiol Mol Biol Rev 65(4): 497-522, table of contents. 12. Eastman J. T. (1993), Antarctic fish biology, evolution in a unique
environment , Academic Press, San Diego.
13. Feller G., Gerday C. (2003), "Psychrophilic enzymes: hot topics in cold adaptation", Nat Rev Microbiol 1(3): 200-8.
14. Finkelman M. J., Zajic J. E. (1978), Developments in Industrial Microbiology, 459.
15. Franzmann P. D., Liu Y. (1997), "Methanogenium frigidum sp. nov., a psychrophilic, H2-using methanogen from Ace Lake, Antarctica", Int J Syst Bacteriol 47(4): 1068-72.
16. Franzmann P. D., Springer N., Ludwig W., Conway de Macario., Rohde M. (1992), A methanogenic archaeon from Ace Lake, Antarctica: Methanococcoides burtonii sp, 123- 134.
17. Gerday C., Aittaleb M., Chessa J. P., Claverie P., Collins T. (2000), "Cold- adapted enzymes: from fundamentals to biotechnology", Trends Biotechnol
18: 103-107.
18. Godfrey T., West S. (1996), Industrial enzymology, 2nd edition, chapter 2.13.1, 236.
19. Gounot A. M. (1999), Microbial life in permanently cold soils. In: Margesin, R. and Schinner, F. (Eds) Cold-adapted Organisms, Ecology, Physiology, enzymologyand Molecular Biology, Spriger: 4-15.
20. Hohman R. W. (1975), "Optimum temperatures and temperature ranges for growth of snow algae", Arctic Alpine Res 7: 13-24. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
21. Jones L. P., Morita R. Y., Becker R. R. (1979), “Fructose-1,6-bisphosphate aldohydrolase from Vibrio marinus, a psychrophic marine bacterium”, Z Allg Mikrobiol, 19: 97-106.
22. Lee R. E., Denlinger D. L. (1991), "Insects at low temperatures", Chapman and Hall, New York.
23. Loppes R., Devos N., Willern S. (1996), "Effect of temperature on two enzymes from a psychrophilic Chloromonas (Chlorophyta)", J. Phycol 32: 276-278.
24. Macmillian J. D., Phaff H. J., Vaughn R. H. (1964), " Purification and properties of polygalacturonic acid- trans- eliminase produced by
Clostridium multifermentans”, Biochemistry. 3: 564 - 572.
25. Macmillian J. D. and Phaff H. J. (1966), Exopolygalacturonate lygase from
Clostridium multifermentans, Methods in enzymology. 8: 632- 635.
26. Mitchell P., Yen H. C., Mathemeier P. F. (1985), "Propaties of lactte dehydroenase in psychrophilic marine bacterium", Appl Environ Microbiol
49: 1232-1234.
27. Morita R. (1975), "Psychrophilic bacteria", Bacteriol Rev 39: 144-169 28. Narinx E., Baise E., Gerday C. (1997), Subtilisin from psychrophilic
Antartic bacteria: characterization and site directed mutagenesis of residues possibly involved in the adaptation to cold, Protein Eng 11: 1171-1279. 29. Nichols D. S., Nichols P. D., McMeekin T. A. (1995), “ Ecology and
physiology of psychrophilic bacteria from Antarctic saline lakes and sea ice”, in Sci Progr Oxf. 78: 311.
30. Ohgiya S., Hoshino T., Okuyama H., Tanaka S., Ishizaki K. (1999), Biotechnology of enzymes from cold-adapted microorganisms. In: Margesin, R. and Schinner F. (Eds.) Biotechnology of enzymes from cold- adapted microorganisms, Spriger: 17-34.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
hypertensive rats”, Jap Circulation J, 27: 282-293.
32. Okamoto K. (1964), Berichte des Ohara institut für Landwirtschaftliche biologie, Okayama University, 12: 115.
33. Russell N. J. (1990), Cold adaptation of microorganisms, Phil. Trans. R. Soc. London B326: 595- 611.
34. Russell N. J. (1992), Physiology and molecular biology of psychrophilic microorganisms, In: Molecular Biology and Biotechnology of Extremophiles, Herbert R. A. and Sharp R. J. (eds). Blackie, London: 203-224.
35. Russell N. J. (1998), "Molecular adaptations in psychrophilic bacteria: potential for biotechnological applications", Adv Biochem Eng Biotechnol
61: 1-21.
36. Schols H. A., Posthumus A. P., Voragen G. J. (1990), "structural features of hairy region of pectin isolated from apple juice producted by the liquefation process." carbonhydr Res 206: 117-129.
37. Seagull R. W., Oliveri V., Murphy K., Binder A., Kothari S. (2000), “cotton fiber growth and development”, J. Cotton Sci 4: 97-104.
38. Searle-van Leeuwen M. J. F., Vincken J. P. (1996), Acetyl esterases of Aspergillus niger: purification and mode of action on pectins, In: Visser J, Voragen A G J., editors. Pectins and pectinases. Vol. 14. Amsterdam, The Netherlands: Elsevier Science: 793-798.
39. Shevchik V. E., Hugouvieux-Cotte-Pattat N. (1997), "Identification of a bacterial pectin acetyl esterase in Erwinia chrysanthemi 3937." Mol Microbiol 24(6): 1285-301.
40. Simankova M. V., Parshina S. N., Tourova T. P., Kolganova T. V., Zehnder A. T., Nozhevnikova A. N. (2001), "Methanosarcina lacustris sp. nov., a new psychrotolerant methanogenic archaeon from anoxic lake sediments", Syst Appl Microbiol 24(3): 362-367.
41. Singh N., Kendall M. M., Li Y., Boone D. R. (2005), "Isolation and characterization of methylotrophic methanogens from anoxic marine
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
sediments in Skan Bay, Alaska: description of Methanococcoides alaskense sp. nov., and emended description of Methanosarcina baltica", Int J Syst Evol Microbiol 55(6): 2531-2538.
42. Somogyi, M. (1952). “Notes on sugar determination” J Biol Chem, Baltimore, 195: 19-23. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
43. Taguchi S., Ozaki A., Momose H. (1998), "Engineering of a cold-adapted protease by sequential random mutagenesis and a screening system", Appl Environ Microbiol 64(2): 492-495.
44. Truong L.V., Tuyen H., Helmke E., Binh L.T., Schweder T. (2001)“ Cloning of two pectate lyase genes from the marine Antarctic bacterium
Pseudoalteromonas haloplanktis train ANT/ 505 and characterization of the enzyme”. Institute of Biotechnology, National Center of Natural Science and Technology, Tu Liem, Hanoi, Vietnam, Extremophiles 5(1): 35-44. 45. Truong L.V. (2006), “Characterization of the pectinolytic enzymes of the
marine psychrophilic bacterium Pseudoalteromonas haloplanktis strain ANT/505”, PhD thesis.
46. Von Klein D., Arab H., Volker H., Thomm M. (2002), "Methanosarcina baltica, sp. nov., a novel methanogen isolated from the Gotland Deep of the Baltic Sea", Extremophiles 6(2):103-10.
47. Weyland H., H.-J. Rüger. (1970), "Zur Isolierung und Identifizierung