一种改变木聚糖酶热稳定性的方法技术

本申请公开一种改变木聚糖酶热稳定性的方法，本发明专利技术通过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。本发明专利技术方法不仅拓展了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。

【技术实现步骤摘要】
一种改变木聚糖酶热稳定性的方法
本专利技术涉及一种改变木聚糖酶热稳定性的方法，属于计算机应用

技术介绍
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(《ThidaratNimchna，VerawatChampreda，PenchitChitnumsub，Structure-basedproteinengineeringforthermostableandalkaliphilicenhancementofendo-β-1，4-xylanaseforapplicationsinpulpbleaching》，JournalofBiotechnology，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；NanyuHan(《Enhancingthermaltoleranceofafunga1GH11xylanaseguidedbyB-factoranalysisandmultiplesequencealignment》，EnzymeandMicrobialTechnology，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。
技术实现思路
本专利技术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：①选择度最大的残基v0最为初始社团V②遍历与v0形成相互作用的非本社团V的残基节点，添加能提高f(V)的节点到社团V中。内聚性f(V)的定义公式如下：win(V)表示一个社团V内部残基之间相互作用力的总和，wout(V)表示社团V内残基与社团V外的残基之间的相互作用力的总和，p|V|是一个惩罚因子，表示可能存在的未被识别的残基间相互作用力的数目，单个节点惩罚项p为2，|V|为社团内的残基数目。③遍历社团V内所有残基节点，若存在节点v使f({V-v})＞f(V)，则删除节点v。④循环操作②③直至f(V)稳定；接下来删除所含节点数小于3的社团，合并重叠度大于0.8的社团。重叠度的定义公式如下：A，B表示残基相互作用网络中任意两个由公式(1)所得的社团。此时的社团由重叠节点和非重叠节点组成，需去除非重叠节点。假设同一时间帧t下的社团集合Ct＝{Ct1，Ct2...，Ctn}，n为社团总数目。令G’＝Cti∩Ctj，Cti和Ctj表示Ct中任意两个社团。若G’所含残基数大于等于3(社团所含节点数的最小值，与上文提到的一致)，则保留，继续与Ctk进行比较，其中Ctk∈{Ct-Ctj-Ctj}。以此类推，直到{Ct-Ctj-Ctj}被遍历完，获得重叠社团Gtij。(2)重叠社团的演化假设任意两帧下的重叠社团集合Gi，Gj，i，j表示不同的时间序号。对Gi，Gj所含的所有重叠社团，若存在Gm∈Gi，Gn∈Gj，且|Gm∩Gn|≥3，则令Gmn＝Gm∩Gn，Gmn与Gk下的重叠社团进行比较，其中k＞max{i，j}。若存在G1∈Gk且|G1∩Gm|≥3，则令Gmn＝G1∩Gmn。以此类推，直到遍历完所有时间帧，获得基于时间变化的稳定重叠社团。(3)稳定重叠社团与木聚糖酶耐热性的关系分析假设同常温型/耐热型在300K下基于时间帧变化的重叠社团集合为G300，400K下的为G400。对于每一个属于G300的重叠社团Gp，若存在Gq∈G400，|Gp∩Gq|≥3，则令Gpq＝Gp∩Gq，Gpq为基于升温变化的重叠社团。本专利技术具有如下有益效果：本专利技术公开了一种重叠社团与木聚糖酶耐热性关系的研究方法。该方法通过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。本专利技术方法不仅拓展了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。附图说明图1用于体现不同时间帧下木聚糖酶的重叠社团个数。具体实施方式一种改变木聚糖酶热稳定性的方法，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：①选择度最大的残基v0最为初始社团V②遍历与vo形成相互作用的非本社团V的残基节点，添加能提高f(V)的节点到社团V中。内聚性f(V)的定义公式如下：win(V)表示一个社团V内部残基之间本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种改变木聚糖酶热稳定性的方法，其特征在于，应用如下所述的方法筛选得到的氨基酸残基进行突变，步骤如下：/n识别重叠社团，在每个木聚糖酶所包括的300K下的300个网络、400K下的300个网络中，每间隔15个选择一个网络，使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；删除所含节点数小于3的社团，合并重叠度大于0.8的社团；此时的社团由重叠节点和非重叠节点组成，去除非重叠节点；/n对重叠社团进行演化分析，将能存在于在8个不同时间帧及以上的重叠社团定义为稳定重叠社团；/n分析稳定重叠社团与木聚糖酶耐热性的关系，从稳定重叠社团中发现氨基酸残基之间的关键相互作用力和关键氨基酸残基。/n

【技术特征摘要】
1.一种改变木聚糖酶热稳定性的方法，其特征在于，应用如下所述的方法筛选得到的氨基酸残基进行突变，步骤如下：
识别重叠社团，在每个木聚糖酶所包括的300K下的300个网络、400K下的300个网络中，每间隔15个选择一个网络，使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；删除所含节点数小于3的社团，合并重叠度大于0.8的社团；此时的社团由重叠节点和非重叠节点组成，去除非重叠节点；
对重叠社团进行演化分析，将能存在于在8个不同时间帧及以上的重叠社团定义为稳定重叠社团；
分析稳定重叠社团与木聚糖酶耐热性的关系，从稳定重叠社团中发现氨基酸残基之间的关键相互作用力和关键氨基酸残基。


2.根据权利要求1所述的一种改变木聚糖酶热稳定性的方法，其特征在于，贪心算法计算过程如下：
①选择度最大的残基v0最为初始社团V；
②遍历与v0形成相互作用的非本社团V的残基节点，添加能提高f(V)的节点到社团V中。内聚性f(V)的定义公式如下：



win(V)表示一个社团V内部残基之间相互作用力的总和，wout(V)表示社团V内残基与社团V外的残基之间的相互作用力的总和，p|V|是一个惩罚因子，表示可能存在的未被识别的残基间相互作用力的数目，单个节点惩罚项p为2，|V|为社团内的残基数目；
③遍历社团V内所有残基节点，若存在节点v使f({V-v})＞f(V)，则删除节点v；
④循环操作步骤②③直至f(V)稳定。


3.根据权利要求1所述的一种改变...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡凯惠，冯一诚，李心羽，王馨颖，杨志晖，丁彦蕊，
申请(专利权)人：江南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32