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【知識產權周系列宣傳】動物腸道“維穩”:一種酸性木聚糖酶XYL10A及其基因和應用

作者: 來源: 發表時間:2017-05-03 點擊量:

  我國是一個養殖大國,目前制約我國飼料工業健康可持續發展的因素主要有三方面 :飼料資源短缺、畜牧業環境污染以及安全的動物產品。飼料及其原料中存在大量的非淀粉多糖,其中木聚糖含量最高,是重要的抗營養因子。木聚糖阻礙營養物質與消化酶的結合,降低營養成分(尤其是脂肪和蛋白質)的消化和吸收,導致動物胃腸道中微生物繁殖的增多,使畜禽腹瀉率增加,從而影響畜禽的生產性能,并對畜禽產品品質造成不利影響。
  木聚糖酶是最重要的飼料酶制劑之一,木聚糖酶能夠降解飼料糧中的木聚糖、降低食糜黏度、減少微生物的定植、維持腸道正常結構,從而提高機體對營養物質的利用率和表觀代謝能。但是,早期木聚糖酶研究多著重于原始菌株優化發酵,重組菌株簡單構建的方式,一直未能大幅提高蛋白表達水平,導致生產成本高,產品價格昂貴,難以滿足大規模養殖業生產的需要。中國農業科學院飼料研究所的專利“一種酸性木聚糖酶XYL10A及其基因和應用”,在多個方面進行了技術路線改進:其一,率先采用基于酶分子結構特征并結合生物信息學設計的技術路線,建立了酶基因資源高效擴增分離技術,進行資源的快速篩選與有效評估,提供了一種簡單有效的從基因組DNA中克隆分離木聚糖酶基因的方法,其不僅具有高效性,還具有通用性。其二,獲得了一種綜合性能優良的木聚糖酶,具有極好的熱穩定性;最適pH為2.5,在pH1.5-6.5之間均具有較高活性;對胃蛋白酶、胰蛋白酶也具有非常強的抗性;其比活為5437 U/mg蛋白,遠遠高于此前報道的酶蛋白。其三,提供了一種基于受體菌和外源基因、載體的綜合優化構建高效表達生產菌株的方法。
  利用基因工程方法構建了能夠高效表達木聚糖酶的菌株,建立了飼料用酶蛋白表達量達到20 g/L級的高效表達技術體系,并完善了表達發酵工藝,獲得應用成本低廉的木聚糖酶產品,居國際領先水平。其表達效價在規模化生產水平可達10萬 U/mL,大幅度的降低了木聚糖酶的生產成本,也確保了其應用成本低于1元/噸飼料。應用這些酶后,飼料報酬一般可提高5%~15%左右,綜合經濟效益提高3%~10%左右,即每噸加酶飼料的應用可多獲利4元。木聚糖酶產品已經廣泛應用于畜禽和水產養殖領域,產品占據國內市場80%以上,每年累計生產銷售木聚糖酶產品或復合酶產品5萬噸以上,已在全國31個省近千家企業推廣應用,累計創造經濟、社會效益85億元。  


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