巴斯德毕赤酵母甲醇诱导表达磷脂酶A2的转录组学分析

【目的】基于转录组学技术研究表达磷脂酶A_2的毕赤酵母重组菌在甲醇诱导表达外源蛋白时的基因表达差异,从而解析外源蛋白高效诱导表达机制,为进一步工程菌株的改造提供理论支撑。【方法】以一株产磷脂酶(PLA_2)的毕赤酵母为出发菌株,采用RNA-Seq二代测序方法,研究在甘油培养和甲醇诱导两种条件下,重组毕赤酵母转录组基因表达差异情况。【结果】重组毕赤酵母中共鉴定到5225个转录本。甘油培养与甲醇诱导相比,共有857个基因发生显著变化。依据代谢途径分类,差异基因集中在核糖体成分、甲醇代谢、磷酸戊糖途径、糖酵解途径、柠檬酸循环、乙醛酸循环以及蛋白质加工过程。【结论】通过分析甲醇诱导前后的差异表达基因,结果表明碳源改变对胞内代谢会产生全局影响。本研究结果为进一步研究毕赤酵母表达外源蛋白的机制提供了基础。     

毕赤酵母的非甲醇诱导系统研究进展

毕赤酵母是一种能以甲醇为唯一碳源生长的甲基营养型酵母,常用作表达外源蛋白的细胞工厂。目前毕赤酵母常用的高效启动子AOX1(PAOX1)是一个严格的底物依赖型启动子,受甲醇的严格诱导,受葡萄糖、甘油、乙醇等非甲醇碳源抑制。但是甲醇有毒、易燃、易爆的特性使得其在食用、医用产品生产等领域受到很大的限制。本文将主要从PAOX1机制改造、新型启动子和非甲醇诱导物研发的角度阐述毕赤酵母非甲醇诱导的研究进展。     

甲醇-山梨醇混合碳源诱导提高抗HER2抗体在糖基工程毕赤酵母中的表达

目的：以抗HER2抗体为模型,研究抗体在糖基工程酵母菌中的表达及工程菌发酵技术。方法：首先通过摇瓶试验分析诱导用甲醇浓度对抗体表达的影响,并用高表达HER2的SK-BR-3细胞分析抗HER2抗体的抗原结合活性。以此为基础,在5 L发酵罐中研究甲醇-山梨醇混合碳源流加诱导对抗HER2抗体表达水平的影响;收集发酵培养液,采用阳离子交换层析对目标产物进行纯化;利用SDS-PAGE、Western印迹、Lowry法对抗体的相对分子质量、浓度等进行分析。结果：摇瓶试验结果表明,甲醇浓度为0.5%时抗体表达量最高,且糖基工程毕赤酵母菌表达的抗HER2抗体具有与SK-BR-3细胞抗原结合的活性;在5 L发酵罐中,利用甲醇和山梨醇混合诱导方式发酵表达抗体,其表达量可提高至0.6 g/L,比摇瓶诱导表达的抗体产量提高了近10倍;非还原SDS-PAGE及Western印迹表明抗体相对分子质量为1.5×105,与商业化抗体Herceptin的大小一致;经过一步阳离子交换层析纯化,纯化后抗体浓度为0.365 g/L。结论：采用甲醇-山梨醇混合碳源诱导方式在5 L发酵罐中进行发酵表达,能够提高抗HER2抗体在糖基工程酵母菌中的表达量,本研究可为抗体在酵母中的规模发酵技术提供重要参考。     

外源基因在毕赤酵母中表达的优化

巴斯德毕赤酵母是近年来成功的外源基因表达系统,已表达出众多外源蛋白。它既能像原核生物一样快速生长高密度发酵,又能进行真核翻译后修饰,并且蛋白分泌量大,因此应用越来越广泛。如果对它的表达载体,转化诱导条件和目的基因内部结构,发酵条件等方面进行优化,能够进一步发挥它的优势,更好地表达需要的外源蛋白。本文就毕赤酵母表达系统表达优化进行总结综述。     

卡氏德巴利酵母植酸酶在毕赤酵母中的异源表达及优化

【背景】植酸是一种能螯合金属离子和蛋白质的有机磷类化合物,广泛存在于植物组织中,影响动物对营养元素的吸收。在饲料中加入植酸酶可有效降解植酸。【目的】构建毕赤酵母异源表达卡氏德巴利酵母(Debaryomyces castellii,D. castellii)植酸酶的菌株,促进卡氏德巴利酵母植酸酶的研究及工业应用。【方法】将卡氏德巴利酵母植酸酶基因进行密码子优化后转入毕赤酵母GS115中,通过筛选多拷贝、敲除蛋白酶、过表达分子伴侣及转运蛋白的方法获取优势菌株。【结果】所得重组菌株GS115/DCphy(ΔPep4)(BFR2)的产酶酶活是低拷贝菌株的7倍。【结论】研究结果为卡氏德巴利酵母植酸酶的异源表达及潜在工业应用提供了一定的指导。     

降低诱导温度提高毕赤酵母甲醇代谢关键酶基因转录水平和猪-α干扰素生产性能

以一株表达猪-α干扰素(pIFN-α)重组毕赤酵母为研究对象,考察了诱导温度对pIFN-α表达、细胞代谢活性及甲醇代谢关键酶的影响.在5 L发酵罐开展毕赤酵母高密度流加培养生产表达pIFN-α研究,利用实时PCR技术对不同诱导温度、诱导稳定期的胞内甲醇代谢关键酶(包括解毒酶)基因转录水平进行定量分析.低温(20℃)可以...     

甲醇/山梨醇共混流加诱导改变毕赤酵母生产猪α干扰素过程的代谢产能途径强化发酵性能

旨在探讨毕赤酵母生产猪α干扰素过程的代谢产能规律及其对发酵性能的影响。在10 L罐下,开展了不同诱导条件下的毕赤酵母高效发酵生产猪α干扰素过程的代谢酶学和能量再生分析研究。结果表明:甲醇单独诱导条件下、将诱导温度从30℃降低到20℃,胞内醇氧化酶(AOX)、甲醛脱氢酶(FLD)和甲酸脱氢酶(FDH)的比活性增加显著,细胞的甲醇代谢和甲醛异化产能能力、猪α干扰素抗病毒活性大幅提高,最高抗病毒活性达到1.4×106IU/mL,约为30℃诱导条件下的10倍。30℃、甲醇/山梨醇共混流加下,主要供能途径由甲醇单独诱导时的甲醛异化代谢转向TCA循环,甲醛异化供能途径被弱化、毒副产物甲醛的生成积累得到抑制,走向目标蛋白合成途径的甲醇分配比例得到提高。此时,最高抗病毒活性达到1.8×107IU/mL,是30℃甲醇单独诱导下最高活性的100倍以上。更加重要的是,共混流加诱导可以在常温、使用空气供氧的条件下进行,发酵成本明显下降、整体发酵性能改善显著。     

基因拷贝数和甲醇浓度对重组毕赤酵母产华根霉脂肪酶的影响

将华根霉脂肪酶基因克隆到甲基营养型毕赤酵母中表达,以甲醇利用快型菌株为宿主,在7 L发酵罐水平对脂肪酶基因拷贝数分别为3、5、6的3株基因重组菌——XY RCL-3、XY RCL-5、XY RCL-6进行高密度发酵调控,同时研究了甲醇浓度对表达华根霉脂肪酶的影响。结果表明,XY RCL-5在相同条件下发酵产酶能力高于XY RCL-6和XY RCL-3,最适甲醇诱导浓度控制在0.1%±0.02%时,酶活可达到12 500 U/mL,菌体干重达到204 g/L,蛋白浓度也能达到8.02 g/L。     

碱性果胶酶在重组毕赤酵母中高效表达的关键因素研究

为提高重组毕赤酵母生产碱性果胶酶的产量和生产强度,在摇瓶条件下优化了重组毕赤酵母生产碱性果胶酶的关键因素。结果表明,以下条件：初始甘油浓度40g／L、初始甲醇浓度3.1g甲醇／gDCW、每24h添加0.51g甲醇／gDCW、诱导表达周期72h、250mL三角瓶诱导培养基装液量30mL、初始pH6,0,最适于菌体生长与产物表达。在此基础上,7L罐上通过恒速流加甘油进一步提高细胞密度,诱导阶段甲醇采取前期恒速流加和后期DO-stat,发酵结束菌体干重达80g／L,酶活为217U／mL,比摇瓶结果提高了66.2％。     

豆血红蛋白在毕赤酵母中的表达条件优化

【背景】豆血红蛋白可赋予素肉制品类似牛肉的红褐色质地,已被美国食品药物监督管理局批准作为人造素肉的着色剂,近年来受到广泛关注。【目的】优化毕赤酵母产豆血红蛋白的培养条件,提高毕赤酵母产豆血红蛋白的产量。【方法】首先通过单因素试验研究蛋白胨种类、大豆蛋白胨浓度、铁盐种类及血红素浓度在诱导阶段对毕赤酵母产豆血红蛋白的影响;然后通过Plackett-Burman试验设计筛选出对豆血红蛋白产量影响最大的3个因素,再通过最陡爬坡法确定3个因素的变化范围,对3个因素进行响应面分析;最后根据响应面结果进行摇瓶发酵和发酵罐高密度发酵。【结果】单因素试验发现：用4%大豆蛋白胨作为主要氮源、甲醇诱导浓度为1.5%、血红素浓度为5μmol/L时发酵效果较好,经过响应面优化后得到蛋白胨浓度为51.48 g/L、pH 5.66、培养基装液量35.84mL/250mL是最优发酵条件。在此优化条件下,LegH摇瓶发酵产量为0.191 mg/mL,与预测值(0.183 mg/mL)比较接近。采用5 L发酵罐进行高密度发酵,LegH产量最高达到0.384 mg/mL。【结论】优化了毕赤酵母表达豆血红蛋白的发酵条件,获得...     

重组毕赤酵母产木聚糖酶的发酵条件优化研究

采用单因素实验确定重组毕赤酵母产木聚糖酶生长相的最适条件,然后利用Plackett-Burman实验设计对诱导相培养基成分和培养条件的10个因素进行筛选,方差分析结果表明,影响木聚糖酶表达的主要因子为酵母膏、诱导pH和摇床转速;在此基础上,用Box-Behnken的响应面方法对3个因素进行进一步优化,当酵母膏为11.13 g/L,pH为6.38,摇床转速为228 r/min时酶活有最大值,为262.77 U/mL,较优化前提高了175.44％.优化后的摇瓶发酵条件应用于7L发酵罐并连续诱导培养120 h,发现诱导72 h后的木聚糖酶酶活最高,为2054.89U/mL.     

利用以废弃毕赤酵母为氮源的丁酸发酵上清液和葡萄糖高效生产具有高丁醇/丙酮比特征的生物丁醇

【背景】生物丁醇是高效的液态燃料。丁醇发酵,也称丙酮-丁醇-乙醇(Acetone-Butanol-Ethanol,ABE)发酵,其发酵的产品是丁醇、丙酮和乙醇的混合物,主产物丁醇与主要副产物丙酮的质量比率(B/A比)约为2.0。【目的】丁酸是ABE发酵合成丁醇的重要前体物质,以丁酸/葡萄糖为双底物可以高效生产具有以高B/A比为特征的丁醇,提高ABE发酵产品的品质。【方法】7L厌氧发酵罐下,以玉米淀粉/废弃毕赤酵母处理液为原料得到的丁酸发酵上清液与葡萄糖溶液直接复配作为ABE发酵培养基,并按需要在发酵途中添加该上清液和浓缩葡萄糖溶液。【结果】与使用150 g/L玉米淀粉的传统ABE发酵相比,丁醇浓度保持在12.7-12.8 g/L的较高水平,B/A比从2.0大幅提高到4.4-5.0,丁醇对总碳源的得率从0.32-0.34提升至0.39-0.41 (摩尔基准),丁酸/葡萄糖质量消耗比高达37%-53%。【结论】ABE发酵性能的改善得益于丁酸发酵上清液中丁酸、寡糖和氨基酸等得到了有效利用,NADH利用效率大幅提高。该发酵策略节省了ABE发酵的原料和操作成本,大幅降低了丁酸发酵上清液中残存的寡糖浓度,还可根据市场供需和产品价格变化的状况实现发酵产品的多样性和生产操作的灵活性,具有良好的经济和环保意义。     

碱性果胶酶在重组毕赤酵母中高效表达的关键因素研究

为提高重组毕赤酵母生产碱性果胶酶的产量和生产强度, 在摇瓶条件下优化了重组毕赤酵母生产碱性果胶酶的关键因素。结果表明, 以下条件：初始甘油浓度40 g/L、初始甲醇浓度3.1 g甲醇/g DCW、每24 h添加0.51 g甲醇/g DCW、诱导表达周期72 h、250 mL三角瓶诱导培养基装液量30 mL、初始pH 6.0, 最适于菌体生长与产物表达。在此基础上, 7 L罐上通过恒速流加甘油进一步提高细胞密度, 诱导阶段甲醇采取前期恒速流加和后期DO-stat, 发酵结束菌体干重达80 g/L, 酶活为217 U/mL, 比摇瓶结果提高了66.2%。     

诱导温度调控华根霉(Rhizopus chinensis)前导肽脂肪酶的表达及稳定性研究

比较了7 L发酵罐中不同诱导温度对华根霉前导肽脂肪酶在巴斯德毕赤酵母(Pichia pastoris)中表达水平和稳定性的影响。通过实验表明在28℃条件下,最大酶活可以达到1412.5 U/mL,是30℃条件下的2.3倍,25℃条件下的1.3倍;而其产率可以达到12811 U/L·h~(-1),比产率达到82.6 U/g_(DCW)·h~(-1)。同时,在实验过程中发现诱导温度对目的蛋白的降解和聚合有重要的影响。通过对蛋白酶活性的测定和还原SDS-PAGE证实随着诱导温度的提高,蛋白酶活性急剧上升,从而导致由前导肽(37 kD)降解为成熟肽(30 kD)的降解作用的加剧。此现象在30℃条件下最为明显,在诱导84 h时前导肽已经全部降解为成熟肽。另外,通过非还原SDS-PAGE和分析表明随着诱导温度的提高也导致了二聚体的含量也逐渐增加。     

Pathway analysis of Pichia pastoris to elucidate methanol metabolism and its regulation for production of recombinant proteins

This research rationally analyzes metabolic pathways of Pichia pastoris to study the metabolic flux responses of this yeast under methanol metabolism. A metabolic model of P. pastoris was constructed and analyzed by elementary mode analysis (EMA). EMA was used to comprehensively identify the cell's metabolic flux profiles and its underlying regulation mechanisms for the production of recombinant proteins from methanol. Change in phenotypes and flux profiles during methanol adaptation with varying feed mixture of glycerol and methanol was examined. EMA identified increasing and decreasing fluxes during the glycerol–methanol metabolic shift, which well agreed with experimental observations supporting the validity of the metabolic network model. Analysis of all the identified pathways also led to the determination of the metabolic capacities as well as the optimum metabolic pathways for recombinant protein synthesis during methanol induction. The network sensitivity analysis revealed that the production of proteins can be improved by manipulating the flux ratios at the pyruvate branch point. In addition, EMA suggested that protein synthesis is optimum under hypoxic culture conditions. The metabolic modeling and analysis presented in this study could potentially form a valuable knowledge base for future research on rational design and optimization of P. pastoris by determining target genes, pathways, and culture conditions for enhanced recombinant protein synthesis. The metabolic pathway analysis is also of considerable value for production of therapeutic proteins by P. pastoris in biopharmaceutical applications. © 2013 American Institute of Chemical Engineers Biotechnol. Prog., 30:28–37, 2014