提高蛋白质在米曲霉中表达量的策略

米曲霉是一种重要的微生物,在食品、酿造、商业酶和医用蛋白的生产中具有广泛的应用,该菌被美国食品与药品管理局(FDA)认定为GRAS(generally regarded as safe)级。讨论了提高同源和异源蛋白在米曲霉中表达量的几种策略,包括使用强启动子、多拷贝编码基因、优化培养基和超表达血红素结构域(HBD)等。异源蛋白容易被米曲霉蛋白酶降解,表达量往往较低,因此使用蛋白酶缺陷型宿主菌是非常必要的。另外将外源蛋白与米曲霉高分泌蛋白融合表达也是提高异源蛋白产量的有效途径。     

利用植物生产异源蛋白的研究进展

植物作为生产异源蛋白的生物反应器,近年来颇受关注,与复杂,昂贵的以细胞培养为基础的表达系统相比,具有安全、廉价及规模化生等特点。作者简述了利用植物生产外源蛋白的主要策略及异源基因在植物中表达的研究进展。     

MHF组蛋白折叠复合体组分编码基因MHF1过表达对重组酿酒酵母纤维素酶生产的影响

【背景】重组酿酒酵母可用于生产多种药用蛋白和工业酶等外源蛋白,但蛋白分泌水平低是限制其异源蛋白高效生产的重要因素。异源蛋白表达和分泌过程可能会对宿主细胞产生多种胁迫,因此,研究胁迫响应相关基因对重组酵母异源蛋白生产的影响具有重要意义。Mhf1p是MHF组蛋白折叠复合体的组分之一,与DNA损伤修复及维持基因组稳定性有关,但其对异源蛋白生产的作用尚不清楚。【目的】研究MHF1过表达对重组酿酒酵母蛋白生产的影响。【方法】在分泌表达纤维素酶的重组酿酒酵母菌株中利用基于CRISPR-Cas9的基因组编辑技术整合过表达MHF1,分析其对产酶的影响,并探讨影响产酶的分子机理。【结果】与出发菌株相比,过表达MHF1菌株的外切纤维素酶CBH酶活性提高了38%。对过表达MHF1的CBH生产菌株中蛋白合成和分泌途径相关基因转录水平进行检测,发现与对照菌株相比,CBH1基因和与分泌相关的SEC22、ERV29等基因在不同时间点呈现不同程度显著上调。【结论】MHF1过表达可促进酿酒酵母异源外切纤维素酶的生产,并影响外源酶基因和分泌途径基因的表达,可能通过对多基因的协同表达影响促进产酶。     

外源基因在大肠杆菌中表达研究进展

近年来,基因工程技术的迅速发展,大量有价值的蛋白质大肠杆菌中获得了高表达。多种表达系统的完善与发展,及蛋白质分离纯化技术的提高,异源蛋白的产量与纯度已不再是困扰人们的主要问题,人们开始更多地关注异源蛋白的活性,比活性及异源蛋白的正确性,完整性。随着这些问题的解决,重组蛋白的应用才能真正走向成熟。     

米曲霉酸性蛋白酶基因在毕赤酵母中的异源表达及酶学性质

酸性蛋白酶作为一类重要的天冬氨酸蛋白酶,被广泛应用于食品、医药和皮革等领域。为推动酸性蛋白酶的研究及应用,通过对发酵豆制品样品进行宏基因组测序,从中获得米曲霉酸性蛋白酶基因pepA,在毕赤酵母GS115中进行异源表达,并对重组酶PepA进行酶学性质分析。结果显示毕赤酵母发酵上清液中酸性蛋白酶的活性为50.62 U/mL。SDS-PAGE验证PepA的分子量约为50 kDa,且发酵上清液几乎无杂蛋白。PepA的最适pH值为4.5,最适温度为50℃,Mn~(2+)和Cu~(2+)对其具有激活作用,而Fe~(3+)、Fe~(2+)与Ca~(2+)则具有抑制作用。上述研究结果可为米曲霉酸性蛋白酶的异源表达及其相关工业应用提供指导。     

米曲霉基因工程技术的进展

丝状真菌米曲霉(Aspergillus oryzae)是发酵工业的重要菌株,具有强大的蛋白分泌能力和公认的食品安全性,可作为表达外源蛋白的细胞工厂。然而利用米曲霉分泌生产外源蛋白质常会受限于一些瓶颈问题:包括转录、翻译、蛋白质折叠、易位、降解、运输和分泌等。这些问题的存在导致米曲霉外源蛋白生产很难达到预期的效果。近年来,随着全基因组序列的破译,米曲霉生产相关基础研究以及基因工程技术都得到了较好的发展。如提高同源重组效率、选择性标记基因应用技术、染色体大片段删除技术、菌丝融合技术和DNA芯片技术等。这些技术的开发和建立为米曲霉工业生产应用提供了大量技术支持。针对米曲霉在外源表达蛋白中存在的瓶颈问题,主要通过以下几个方面进行了阐述:转化系统的优化和转化效率的提高、蛋白酶基因缺陷菌株的构建、融合表达策略,以及优化其外源表达系统来提高外源蛋白生产等。这些米曲霉生产相关基础研究以及基因工程技术的进步很大程度上提高了米曲霉的生产应用,并为今后米曲霉生产菌株的育种提供了更多有效的途径和研究空间。     

丝状真菌高效表达异源蛋白研究进展

丝状真菌是具有高效分泌蛋白质潜力的真核表达系统, 能对蛋白质进行翻译后修饰, 如蛋白质糖基化等; 并且比植物、昆虫和哺乳动物细胞具有更快的生长速率。近年来, 随着真菌分子遗传技术和菌种改良策略的进步, 尤其是真菌基因组学的发展, 利用丝状真菌生产异源蛋白越来越受到关注。综述了丝状真菌作为细胞工厂生产异源蛋白的最新探索与进展, 其中包括功能基因组学在蛋白表达与分泌研究中的应用, 同时探讨了异源蛋白表达和生产的改进策略。     

丝状真菌高效表达异源蛋白研究进展

丝状真菌是具有高效分泌蛋白质潜力的真核表达系统, 能对蛋白质进行翻译后修饰, 如蛋白质糖基化等; 并且比植物、昆虫和哺乳动物细胞具有更快的生长速率。近年来, 随着真菌分子遗传技术和菌种改良策略的进步, 尤其是真菌基因组学的发展, 利用丝状真菌生产异源蛋白越来越受到关注。综述了丝状真菌作为细胞工厂生产异源蛋白的最新探索与进展, 其中包括功能基因组学在蛋白表达与分泌研究中的应用, 同时探讨了异源蛋白表达和生产的改进策略。     

启动子cbh1的改造与里氏木霉通用质粒载体的构建

里氏木霉具有优异的表达及分泌异源蛋白的能力。本研究为了提高里氏木霉在工业生产中异源蛋白表达产量,对cbh1启动子中四处葡萄糖反馈抑制位点进行突变,并且成功构建两株定点插入型表达质粒pG与pH。在后续的报告基因红色荧光蛋白DsRed表达过程中,pG比pH表现出更优异的表达能力,并且异源蛋白基因被定点插入了cbh1基因位点而对该基因进行了敲除。pG质粒具有工业应用前景。     

破坏细胞壁蛋白CWP2基因提高重组酿酒酵母β-葡萄糖苷酶胞外酶活

【背景】重组酿酒酵母广泛应用于生产工业酶和药用蛋白,但是目前仍旧存在异源蛋白产量低、分泌效率差的问题,限制了生产应用。【目的】提高重组酿酒酵母异源分泌蛋白的能力,构建高效的异源蛋白生产细胞工厂。【方法】采用基于CRISPR/Cas9的基因组编辑技术,以生产β-葡萄糖苷酶的重组酿酒酵母Y294-BGL为出发菌株,构建细胞壁蛋白基因CWP2破坏菌株。【结果】与出发菌株相比,破坏CWP2的破坏菌株在发酵96 h时胞外β-葡萄糖苷酶酶活可提高53%,胞内酶活提高了208%。此外,破坏菌生长未受到影响,对弱酸等环境胁迫的耐性没有下降,未造成过多内质网胁迫。进一步检测发现,破坏菌株胞内活性氧水平下降,同时蛋白胞内运输和分泌途径相关的关键基因表达转录及多个细胞壁生物合成相关基因表达下降。【结论】破坏细胞壁蛋白基因CWP2能够提高异源蛋白β-葡萄糖苷酶的胞外酶活,可作为促进酿酒酵母生产异源蛋白的靶点基因。     

Improvement of Heterologous Protein Production in Aspergillus oryzae by RNA Interference with α-Amylase Genes

Aspergillus oryzae RIB40 has three α-amylase genes (amyA, amyB, and amyC), and secretes α-amylase abundantly. However, large amounts of endogenous secretory proteins such as α-amylase can compete with heterologous protein in the secretory pathway and decrease its production yields. In this study, we examined the effects of suppression of α-amylase on heterologous protein production in A. oryzae, using the bovine chymosin (CHY) as a reporter heterologous protein. The three α-amylase genes in A. oryzae have nearly identical DNA sequences from those promoters to the coding regions. Hence we performed silencing of α-amylase genes by RNA interference (RNAi) in the A. oryzae CHY producing strain. The silenced strains exhibited a reduction in α-amylase activity and an increase in CHY production in the culture medium. This result suggests that suppression of α-amylase is effective in heterologous protein production in A. oryzae.     

枯草芽孢杆菌表达和分泌异源蛋白的研究进展

枯草芽孢杆菌是一种广泛应用于基础研究和工业生产的重要模式菌株,具有无致病性、蛋白分泌能力强、遗传背景清晰等多种优势,是生产异源蛋白的理想宿主。目前已有诸多异源蛋白在枯草芽孢杆菌中实现表达和分泌,其中包括淀粉酶、β-半乳糖苷酶和蛋白酶等有价值的工业酶。本文从异源蛋白表达和分泌的关键步骤出发,总结了枯草芽孢杆菌生产异源蛋白的传统策略和最新技术。除此之外,分析了当前研究存在的瓶颈并对如何提高异源蛋白产量提出了新的建议和策略。     

毕赤酵母外源蛋白分泌途径的研究进展

毕赤酵母作为一种重要的表达外源蛋白的宿主,提高其外源蛋白的分泌量非常有必要。近年来很多学者报道了与毕赤酵母外源蛋白分泌相关的基因、蛋白质,同时毕赤酵母基因组的公布加快了这方面的研究进展。文章根据外源蛋白分泌的途径,分步骤地总结了涉及的基因和蛋白,有利于分析控制蛋白分泌效率的具体步骤,为构建更加高效的毕赤酵母表达系统提供参考。     

Construction of an <Emphasis Type="Italic">Aspergillus oryzae</Emphasis> cell-surface display system using a putative GPI-anchored protein

A novel cell-surface display system was constructed in Aspergillus oryzae. Each of the five genes encoding the putative cell-wall-localized protein from the A. oryzae genome was cloned and these cell-surface anchor functions were examined by fusion to the C-terminal of the green fluorescent protein (GFP). Using the MP1 and CWP proteins as anchor proteins, GFP signals were strongly observed on the cell surface of recombinant A. oryzae. When these proteins were used as anchor proteins for cell-surface display of β-glucosidase from A. oryzae, enzyme activity was detected on the cell surface. In particular, β-glucosidase activity of recombinant A. oryzae using MP1, a putative glycosylphosphatidylinositol (GPI) anchor protein was higher than CWP. Based on these results, it was concluded that the MP1 protein can act as a GPI-anchor protein in A. oryzae, and the proposed cell-surface display system using MP1 allows for the display of heterogeneous and endogenous proteins.     

Heterologous protein production in yeast

The exploitation of recombinant DNA technology to engineer expression systems for heterologous proteins represented a major task within the field of biotechnology during the last decade. Yeasts attracted the attention of molecular biologists because of properties most favourable for their use as hosts in heterologous protein production. Yeasts follow the general eukaryotic posttranslational modification pattern of expressed polypeptides, exhibit the ability to secrete heterologous proteins and benefit from an established fermentation technology. Aside from the baker's yeastSaccharomyces cerevisiae, an increasing number of alternative non-Saccharomyces yeast species are used as expression systems in basic research and for an industrial application.In the following review a selection from the different yeast systems is described and compared.     

Heterologous expression of a gene of Magnaporthe oryzae chrysovirus 1 strain A disrupts growth of the human pathogenic fungus Cryptococcus neoformans

Magnaporthe oryzae chrysovirus 1 strain A (MoCV1‐A) is the causal agent of growth repression and attenuated virulence (hypovirulence) of the rice blast fungus, M. oryzae. We have previously reported that heterologous expression of MoCV1‐A ORF4 in Saccharomyces cerevisiae results in growth defects, a large central vacuole and other cytological changes. In this study, the effects of open reading frame (ORF) 4 expression in Cryptococcus neoformans, a human pathogenic fungus responsible for severe opportunistic infection, were investigated. Cells expressing the ORF4 gene in C. neoformans showed remarkably enlarged vacuoles, nuclear diffusion and a reduced growth rate. In addition, expression of ORF4 apparently suppressed formation of the capsule that surrounds the entire cell wall, which is one of the most important components of expression of virulence. After 5‐fluoroorotic acid treatment of ORF4‐expressing cells to remove the plasmid carrying the ORF4 gene, the resultant plasmid‐free cells recovered normal morphology and growth, indicating that heterologous expression of the MoCV1‐A ORF4 gene induces negative effects in C. neoformans. These data suggest that the ORF4 product is a candidate for a pharmaceutical protein to control disease caused by C. neoformans.