毕赤酵母工程菌高密度发酵研究与进展

毕赤酵母表达系统是近年来发展最为迅速的一种新型外源蛋白真核表达系统,被广泛应用于多种不同领域且成功表达了许多基因工程产品。高密度发酵技术已被广泛运用到毕赤酵母工程菌发酵工程当中。主要从毕赤酵母的表达常用菌株、载体及表型等方面介绍了其表达系统,从外源基因自身的特性、培养基的组成、温度、pH、溶氧量及补料流加策略方面阐述了对毕赤酵母高密度发酵的过程及蛋白质表达结果的影响,并对毕赤酵母工程菌高密度发酵进行了展望,为其今后的研究及应用提供借鉴。     

毕赤酵母中外源蛋白表达量的提升策略

利用异源重组表达系统表达外源蛋白是基因工程研究的重点。巴斯德毕赤酵母（Pichia pastoris）是一种甲基营养型酵母,由于其易于遗传操作、高水平分泌外源蛋白、翻译后修饰等特点,已成为工业应用中蛋白质生产的重要菌株,常被用于酶制剂的生产。然而,部分外源蛋白在毕赤酵母系统中的表达水平较低,仍有待提升的空间。因此,进一步探索提升毕赤酵母中外源蛋白表达量的原理和方法,将对降低毕赤酵母表达系统工业化生产成本,提高经济效益,具有重要的意义。本文主要从基因水平、转录水平、翻译水平、折叠分泌水平、抗逆水平、发酵工艺六个方面归纳总结了近年来毕赤酵母提高外源蛋白表达的优化策略的研究进展,旨在为提高外源蛋白在毕赤酵母表达系统中的表达水平提供有益参考。     

毕赤酵母高效表达策略概述

毕赤酵母表达系统是外源蛋白表达的较为理想的系统,但是并不是所有蛋白都能利用此系统获得高效表达,不同来源的蛋白,其表达水平、生物活性和稳定性均存有明显差别。概述了影响毕赤酵母高效表达的主要因素以及外源蛋白在毕赤酵母中的高效表达策略。     

毕赤酵母表达外源基因研究进展

毕赤酵母表达系统作为一种新型酵母表达系统,它既有原核生物的特点,又有真核生物的特性,可以对目的蛋白质进行糖基化、二硫键形成等翻译后修饰。在过去的20年中已经有200多种不同蛋白在毕赤酵母中实现了成功表达,其中许多已被广泛应用于临床诊断治疗或科研工作中。随着一系列新型酵母表达载体及菌株的构建及发酵技术的不断提高,毕赤酵母越来越吸引着科学家的关注,毕赤酵母己被发展成为一种细胞生物学研究及基因工程生产的模式真核生物。本文总结了毕赤酵母的载体与菌株构建及发酵技术和糖基化等方面近年的主要研究进展。     

毕赤酵母表达动物传染病病原基因的研究进展

毕赤酵母表达系统是一种新的真核基因表达系统,由于其有许多突出的优点,如它既有原核生物的特点,又有真核生物的特性,可以对目的蛋白质进行糖基化、二硫键形成等翻译后修饰等特点,越来越受到分子生物学界的重视。已有多种重组蛋白在该系统成功表达,其中许多已被广泛应用于临床诊断治疗或科研工作中。总结了毕赤酵母的表达系统的组成及其在表达动物传染病病原方面的主要研究进展。     

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。     

水稻白叶枯病抗性基因Xa21和稻瘟病抗性基因Pi-d2激酶蛋白质在毕赤酵母中的表达及条件优化

【目的】白叶枯病和稻瘟病是最主要的水稻病害,Xa21是水稻白叶枯病抗性基因,Pi-d2是稻瘟病抗性基因,二者都编码类受体激酶蛋白质。本研究旨在毕赤酵母系统中表达XA21和PI-D2激酶蛋白质。【方法】用Xa21和Pi-d2的激酶区PCR产物,构建了pPICZαA-Xa21K、pPICZαA-Pi-d2K重组质粒,酶切及测序验证后,将重组质粒线性化,转化到毕赤酵母菌株中,系统地比较了不同酵母菌株(KM71、GS115、X33),不同甲醇浓度(1%、2%、3%),不同pH(pH5、pH6、pH7、pH8)值,不同诱导时间(24h、48h、72h)条件下激酶蛋白质的表达情况。【结果】XA21和PI-D2激酶蛋白质可以在毕赤酵母中表达,但表达的蛋白质不能分泌到培养基上清中,而只能在菌体中检测到,对表达条件的系统比较发现,毕赤酵母菌株KM71和X33、2%的甲醇诱导浓度、pH5和48h以上的诱导时间有利于激酶蛋白质的表达,最后我们在酵母裂解物上清中获得了纯化的考染可见的激酶蛋白质。【结论】在毕赤酵母中表达了XA21和PI-D2激酶蛋白质,为下一步生化特性研究奠定了基础。     

水稻白叶枯病抗性基因Xα21和稻瘟病抗性基因Pi-d2激酶蛋白质在毕赤酵母中的表达及条件优化

[目的]白叶枯病和稻瘟病是最主要的水稻病害,Xα21是水稻白叶枯病抗性基因,Pi-d2是稻瘟病抗性基因,二者都编码类受体激酶蛋白质.本研究旨在毕赤酵母系统中表达XA21和PI-D2激酶蛋白质.[方法]用Xα21和Pi-d2的激酶区PCR产物,构建了pPICZαA-Xα21K、pPICZαA-Pi-d2K重组质粒,酶切及测序验证后,将重组质粒线性化,转化到毕赤酵母菌株中,系统地比较了不同酵母菌株(KM71、GS115、X33),不同甲醇浓度(1%、2%、3%),不同pH(pH5、pH6、pH7、pH8)值,不同诱导时间(24 h、48 h、72 h)条件下激酶蛋白质的表达情况.[结果]XA21和PI-D2激酶蛋白质可以在毕赤酵母中表达,但表达的蛋白质不能分泌到培养基上清中,而只能在菌体中检测到,对表达条件的系统比较发现,毕赤酵母菌株KM71和X33、2%的甲醇诱导浓度、pH5和48 h以上的诱导时间有利于激酶蛋白质的表达,最后我们在酵母裂解物上清中获得了纯化的考染可见的激酶蛋白质.[结论]在毕赤酵母中表达了XA21和PI-D2激酶蛋白质,为下一步生化特性研究奠定了基础.     

不同碳源下毕赤酵母GS115蛋白组学分析

毕赤酵母(Pichia pastoris)表达系统是目前最为成功的外源蛋白表达系统之一。该表达系统不存在原核表达系统的内毒素难以除去的问题,也不存在哺乳动物细胞表达系统的病毒和支原体污染问题;并能够对目的蛋白进行类似于高等真核生物的信号肽剪切、二硫键形成、糖基化等蛋白翻译后加工。但是不论是胞内表达或是分泌表达,大多数外源蛋白均面临着被降解的问题,这也是影响目的蛋白表达量的一个重要因素,同时还增加了纯化目的蛋白的难度。目的:研究毕赤酵母GS115在不同碳源培养过程中胞内外蛋白质组学的差异,指导毕赤酵母表达系统的优化。方法:利用LC-ESI-MS/MS方法分析了不同碳源的四种培养基中毕赤酵母GS115的胞内和胞外蛋白种类,利用Griffin等的计算方法计算各个蛋白的含量。结果:利用LC-ESI-MS/MS结合Griffin等的归一化非标定量法SI_N得到GS115胞内胞外详尽的蛋白质种类及准确百分比含量。结论:分析不同培养基之间蛋白质组成的差异,从而为以后构建新的毕赤酵母表达体系,为外源蛋白表达系统的优化提供一定的指导意义。     

利用毕赤酵母表达外源蛋白的研究

综述了毕赤酵母表达系统的优越性、表达受体菌和表达载体、酵母转化、分泌信号、翻译后加工和修饰等特点,以及广泛的医用、商业用途,在理论研究特别是蛋白质结构与功能：疗面的潜在应用价值。     

人肝再生增强因子在毕赤酵母中的表达、纯化和生物学活性的研究

肝再生增强因子（ALR）是一类胞源性肝细胞生长因子。为在毕赤酵母中分泌表达人肝再生增强因子（rhALR）,以色谱法分离纯化后进行体外活性研究,构建表达载体pPICZαA- ALR,经电穿孔转入毕赤酵母中,用0.5％甲醇诱导表达;重组酵母培养上清经SDS-PAGE电泳和western blot鉴定后表明, rhALR以分子量为30kD的二聚体为主;定量分析结果表明,重组酵母培养上清中rhALR约占总蛋白的66％,表达量约为40mg/L;经DEAE柱和G75柱纯化后,获得的rhALR纯度大于95％,得率为52％;体外生物学活性实验表明,rhALR能明显促进HepG2、SMMC-7721和NIH-3T3细胞的增殖。     

毕赤酵母高效表达血小板源生长因子研究

血小板源生长因子（PDGF）是由多种细胞产生的肽类生长因子,在细胞培养、皮肤溃疡的治疗以及化妆品添加剂中有很重要的作用．将编码PDGF基因克隆到表达载体X1-1-B1ue上,通过电转化整合到毕赤酵母的基因组中,在毕赤酵母三磷酸甘油醛脱氢酶（GAP）启动子的作用下,表达PDGF蛋白,其分子质量为30kD左右,估计其表达量为80～100mg／L．采用MTT法也证实其生物学活性与天然PDGF蛋白非常相似．     

人白介素12亚基p40和p35基因串联在毕赤酵母中的表达及表达产物活性分析

摘 要 利用毕赤酵母系统表达有活性的人单链白细胞介素12（hscIL-12）,PCR法从质粒pBI121-IL-12中扩增hscIL-12基因,经酶切、连接构建重组表达载体pPIC9K-hscIL-12,SacI线性化后,PEG1000法转化毕赤酵母GS115,经G418筛选和菌落PCR鉴定,经甲醇诱导,hscIL-12在酵母中获得分泌表达,表达产物经Western Blot检测,显示该蛋白相对分子质量为70KDa,可与鼠抗人IL-12单克隆抗体特异性结合;定量分析结果表明,重组酵母培养上清中hscIL-12约占总蛋白的26％,表达量约为60mg／L;生物学活性实验表明,重组蛋白能促进人外周血淋巴细胞增殖。为利用rhscIL-12进行基因治疗奠定了基础。     

人血管内皮细胞生长因子在毕赤酵母中的高效表达

血管内皮细胞生长因子 (Ｖａｓｃｕｌａｒｅｎｄｏｔｈｅｌｉａｌｇｒｏｗｔｈｆａｃ ｔｏｒ,简称ＶＥＧＦ)是一类多功能细胞因子 ,特异地作用于血管内皮受体ＫＤＲ和Ｆｌｔ 1,促进新生血管形成并增加微血管的渗透性[1] 。ＶＥＧＦ在生理和病理 ,如肿瘤血管发生、伤口愈和、类风湿性关节炎、胚胎发育及冠心病等过程中起着非常重要的作用。天然ＶＥＧＦ是由两条糖蛋白链形成的二聚体。目前发现ＶＥＧＦ至少有 5种亚型 ,根据单体残基数不同分别为ＶＥＧＦ12 1,ＶＥＧＦ14 5,ＶＥＧＦ165,ＶＥＧＦ189和ＶＥＧＦ2 0 6,其中ＶＥＧＦ12 1和ＶＥＧ…     

不同猪胰岛素前体基因拷贝数Mut~+型毕赤酵母的摇瓶发酵研究

毕赤酵母是优秀的外源蛋白的表达系统之一。本文对Mut~+型的不同PIP基因拷贝数的毕赤酵母进行了摇瓶试验。研究了生长特性以及对外源蛋白表达量的影响等。发现了低拷贝和高拷贝的蛋白表达量、生长情况有差异。G12重组菌的PIP表达量最高为181.6mg/L,是单拷贝重组菌表达量的12.6倍。对于基因拷贝数低于12的菌株,PIP表达水平与PIP基因拷贝数成线性关系(r=0.996)。     

pPIC9-Fc: a vector system for the production of single-chain Fv-Fc fusions in Pichia pastoris as detection reagents in vitro

Recombinant antibodies, especially ScFv fragments, can be applied as detection reagents and even substitute for some reagents used in immunoassays such as antibody-enzyme conjugates. For ScFv fragments, there is no such universal system available up to now. A vector system was constructed based on pPIC9- Fc, in which the hinge, CH2 and CH3 domains (Fc fragment) of mouse IgG1 and His-tag were cloned into the Pichia expression vector pPIC9. A model ScFv was introduced into pPIC9-Fc, which can bind Glutathione-S-transferase (GST) from Schistosoma japonicum, to yield the expression cassette pPIC9-ScFv-Fc. Following fermentation in a 5-liter reactor, the fusion was expressed at high levels in the methylotrophic yeast Pichia Pastoris, secreted as a dimeric form in the culture, and purified by Ni2+-NTA column chromatography. The expression yield can reach 10-30 mg/liter of culture medium. The ScFv-Fc fusion retains the biological binding ability of the parent ScFv, and can be applied as anti-GST antibodies for the detection of GST and GST-fusion proteins. Furthermore, the successful expression and maintenance of the binding activity verify the efficacy of the vector system for use as detection reagents in vitro, by reacting with the specific antigens and being readily detected using general anti-mouse antibodies.     

猪囊尾蚴磷蛋白在毕赤酵母中的表达及初步应用

将猪囊虫磷蛋白P2基因克隆到毕赤酵母表达系统分泌性表达载体pPIC9K中,构建了重组表达载体pPIC9K-P2。经测序证明基因序列完全正确,从而大量制备重组质粒pPIC9K-P2,并用SalⅠ、BglⅡ 两种内切酶分别线性化,然后分别电转化毕赤酵母菌种GS115,采用G418抗性梯度筛选得到高拷贝重组菌株,利用MM和MD培养基鉴定重组菌株Mut表型,然后用甲醇进行诱导表达;并对表达产物通过SDS-PAGE、Westernblot和ELISA分析,结果表明,重组菌株成功地分泌表达了分子量大小为12.6kD,表达量占分泌总蛋白的33%,且具有免疫反应活性的重组磷蛋白,从而解决了囊虫病诊断抗原来源问题并为研制新型猪囊虫疫苗奠定了基础。     

植物细胞色素P450基因的异源表达系统研究进展

细胞色素P450氧化酶是一类具有多种催化功能含血红素的氧化酶系。由于参与多种类型的氧化反应,在植物生命活动中有重要功能,其研究一直受到重视。自1990年第一个植物P450基因成功克隆以来,到2002年年底,已有600多个P450基因被克隆,有100多个基因在细菌、酵母、杆状病毒昆虫细胞等异源表达系统中成功表达并鉴定了功能。拟对植物P450的大肠杆菌、酵母、杆状病毒昆虫细胞表达系统的特点进行比较,对在各表达系统中成功表达并进行了功能鉴定的植物P450进行归纳,并对目前植物P450异源表达的现状和应用进行概述。     

Heterologous expression and strategies for encapsulation of membrane-localized plant P450s

Heterologous expression of plant P450 proteins is critical for functional definitions of their enzymatic activities as well as for producing natural products whose biosyntheses involve P450s. Over the past decade and a half, several expression systems, using bacterial, yeast and insect cells, have been utilized successfully for expression of P450s from different plant species. Extensive optimizations in each system have focused on the improvement of expression levels, and the enhancement of the redox environment for catalytic activity. In this review, we discuss the strengths and limitations of each system, as well as recent developments and applications of each system. We also discuss the principles behind Nanodisc technology, which utilizes an amphipathic “membrane scaffold protein” (MSP) to stabilize the soluble membrane protein-containing nanometer diameter phospholipid bilayers, and its potential applications in plant P450 research.