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。     

后基因组时代的丝状真菌基因组学与代谢工程

丝状真菌不仅是传统发酵工业中抗生素、酶制剂和有机酸的主要生产者,而且也是代谢工程育种中异源蛋白表达的重要细胞工厂。丝状真菌的遗传修饰和代谢工程研究是现代工业生物技术领域最具活力的研究方向之一。特别是与细菌和酵母相比,丝状真菌在细胞生长、营养需求、环境适应性、翻译后修饰、蛋白分泌能力和生物安全性等方面具有显著的优势。文章综述了丝状真菌作为异源蛋白表达系统在基因组学技术研究和代谢工程研究方面的最新进展。作者在分析丝状真菌基因组结构、特点的基础上,阐述了比较基因组学、蛋白质组学、转录组学和代谢组学等对丝状真菌的代谢途径重构、新型蛋白挖掘和代谢工程育种中的作用和意义。另一方面,作者分析了丝状真菌在表达外源蛋白时遇到的瓶颈问题,总结了丝状真菌代谢工程育种中的常用策略包括异源基因的融合表达、反义核酸技术、蛋白分泌途径改造、密码子优化和蛋白酶缺陷宿主的选育等技术和手段。最后,对该领域的发展趋势进行了展望。     

米曲霉异源蛋白表达系统研究进展及展望

米曲霉作为一种重要的工业微生物,在异源蛋白表达方面已有广泛应用,受限于被表达蛋白的修饰及分泌过程,目前实际生产使用的基因供体主要局限于其他真菌,尤其是丝状真菌。当外源基因来源于植物、昆虫和哺乳动物时,米曲霉所生产的异源蛋白产量及生物活性往往不尽如人意。本文综述了米曲霉作为宿主表达异源蛋白的研究进展,包括其现有的遗传操作手段及异源表达方面的应用及探索,重点介绍了应用过程中面临的挑战和解决策略,另外,对米曲霉表达异源蛋白的应用前景及发展方向进行了展望。     

丝状真菌异源蛋白表达系统研究进展

丝状真菌,俗称霉菌,在食品工业中被用于生产多种生物酶和有机酸。近年来,人们发现丝状真菌具有分泌量大、表达的蛋白有天然活性等特点,非常适合作为同源和异源重组蛋白的表达宿主,因此被广泛研究和探讨。简要综述了以黑曲霉为代表的几种常被用作蛋白表达宿主的丝状真菌的特点、应用中的主要问题和基本解决方案,以及近年关于丝状真菌表达系统的最佳培养条件和发酵条件的研究进展。     

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。     

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。     

丝状真菌胞外蛋白高效分泌机制的研究进展

丝状真菌由于其胞外蛋白分泌的高效性,成为生产酶制剂的高效细胞工厂.近年来针对真核生物胞外蛋白分泌途径的研究发现,丝状真菌蛋白的分泌途径相比其他真核生物具有高效分泌的特性.为了研究丝状真菌高效分泌的机制,本文总结了近年来丝状真菌分泌途径的最新研究进展,并且选取了分泌途径中关键环节的数种蛋白进行分析,通过与其他真核生物相关蛋白进行结构与序列比对,推测了丝状真菌胞外蛋白高效分泌的可能机制.     

带有报告基因的板栗疫病菌寄生隐赤壳分泌表达突变体库的构建及分泌缺陷突变体的筛选

丝状真菌分泌蛋白与其致病性密切相关,目前对于病原真菌的蛋白胞外分泌途径及其调控机制的报道不多。为建立一个方便高效的真菌分泌蛋白调控途径的遗传研究体系,本研究以植物病原丝状真菌——板栗疫病菌寄生隐赤壳Cryphonectria parasitica为对象,选取分泌表达量最高的两个分泌蛋白的信号肽SP1和SP2,分别构建带有GUS报告基因的分泌蛋白表达载体pCPXBle-SP1-GUS和pCPXBle-SP2-GUS并用于转化板栗疫病菌。选择高效分泌GUS蛋白的转化株SP1-9为出发菌株,利用农杆菌介导的遗传转化技术构建了T-DNA插入突变体库,从576个突变体中筛选到2株GUS分泌表达明显降低的突变体。本研究成功构建了可用于研究丝状真菌蛋白分泌的遗传研究体系,并筛选获得了分泌蛋白缺陷突变体,为深入研究丝状真菌分泌途径及其调控机制奠定了基础。     

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。     

乳酸菌蛋白质分泌表达研究进展

食品级乳酸菌不仅是食品或消化道中传递异源蛋白质的合适的候选菌,在工业发酵中还可用于生产蛋白质。在过去20多年中,人们设计了许多乳酸菌蛋白质表达和标记系统,这些系统已用在乳酸菌工程菌的细胞内或细胞外生产各种细菌、病毒和真核生物来源的蛋白质。在目的蛋白生产和发酵中,分泌表达由于可持续培养和简化纯化步骤并使目的蛋白与其靶位相互作用而优于细胞质表达。目前只有少数研究报道了目的蛋白在乳酸菌细胞内或分泌表达产量的比较,研究表明分泌表达比细胞质表达更优越。     

一个抗真菌蛋白在绿色木霉中的分泌表达

AFP(antifungalprotein)是在丝状真菌巨大曲霉 (AspergillusgiganteusMDH18894 )中分泌的一个抗真菌蛋白。其mRNA含长度为 4 30bp的开放阅读框 ,编码 94个氨基酸的AFP前体 ,而成熟的AFP为 5 1个氨基酸的多肽。根据推测 ,在巨大曲霉中 ,AFP前体可能经两步剪切去除前导序列 (4 3个氨基酸 ) ,并最终形成具有抗真菌活性的成熟AFP ,已有报道证实 ,在另一种丝状真菌绿色木霉 (Trichodermaviride)基因组中存在一个类似AFP基因但不表达的序列 ,该序列与没有内含子的AFPcDNA序列完全一样。为了解巨大曲霉AFP基因可否在绿色木霉中表达 ,将AFP基因开放阅读框插入真菌表达载体trpC基因的启动子和终止子之间 ,并成功的转化了绿色木霉。SDS PAGE和Western印迹分析表明 ,绿色木霉转化子分泌表达了具有抗真菌活性的成熟AFP。为研究在绿色木霉中分泌表达具有重要应用价值的异源真核蛋白质打下了基础。     

丝状真菌蛋白表达系统研究进展*

丝状真菌以其优秀的表达分泌能力和良好的环境适应能力,使得其在蛋白质表达领域应用越来越广泛。近几十年来,通过诱变、培养优化及遗传改造等手段,使得包含曲霉属、木霉属、青霉属等在内的丝状真菌被开发成高效表达宿主。为促进丝状真菌蛋白表达系统的开发,结合作者的研究工作,对工业上丝状真菌表达宿主、蛋白质表达元件及其改造策略进行综述,并探讨了当前丝状真菌表达系统开发过程中的不足之处,为新型丝状真菌表达系统的研究提供参考和启示。     

丝状真菌瑞氏木霉生产重组蛋白的分子生物学研究进展

瑞氏木霉是自然界中普遍存在并有重要经济意义的一种丝状真菌,作为工业生产菌株生产多种水解酶类已有多年历史。本文报道了用基因工程手段对瑞氏木霉进行遗传改造,构造具新性状的重组菌株,用以过量产生同源和异源蛋白类物质的分子生物学研究进展。包括利用ＣＢＨＩ基因的强启动子在瑞氏木霉中过量表达瑞氏木霉内切葡聚糖酶、小牛凝乳蛋白酶、人抗体片段、哈茨木霉几丁质酶、Ｈｏｒｍｏｃｏｎｉｓｒｅｓｉｎａｅ葡萄糖淀粉酶等同源和异源蛋白以及利用在葡萄糖上强表达的启动子生产纤维素酶等遗传工程进展情况。     

丝状真菌表面展示技术研究进展

丝状真菌表面展示技术是将表达的目的蛋白固定在丝状真菌细胞表面的一项新兴基因工程技术。丝状真菌具有极强的蛋白质分泌能力和良好的蛋白质翻译后加工能力,因而越来越多的丝状真菌表面展示技术得到开发和应用。本文就丝状真菌表面展示系统的研发和应用进展进行综述,并介绍与该系统构建密切相关的丝状真菌的细胞壁组成、锚定蛋白和遗传转化方法等技术。     

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。     

地衣芽孢杆菌DSM13分泌蛋白信号肽分析

地衣芽孢杆菌是重要的工业微生物,对于其分泌途径及信号肽进行预测和分析,有助于改善影响蛋白分泌的关键因素,高效生产异源蛋白。本研究首次在全基因范围内,利用SignalPv3.0等方法识别了地衣芽孢杆菌DSM13中各种分泌蛋白的信号肽。DSM13信号肽类型包括分泌型Sec信号肽、双精氨酸Tat信号肽、脂蛋白信号肽、IV型纤毛结构信号肽及生物信息素信号肽。同时分析了分泌途径组成,信号肽长度,氨基酸组成,各分泌信号肽特征,与枯草芽孢杆菌的异同以及重要工业酶制剂的分泌途径。该研究对使DSM13成为更有效分泌表达外源蛋白表达系统,具有重要的理论指导意义。     

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。     

基因设计对重组蛋白表达的影响研究进展

利用异源表达系统生产重组蛋白已成为现代基因工程和生物工程研究热点和重点。但是研究者发现并非所有的基因都能在异源宿主中高效表达,除了宿主、分泌途径、启动子等因素外,基因自身的序列也蕴含了多种影响蛋白表达的因素,如密码子偏爱性,密码子对偏爱性,GC含量,mRNA二级结构,mRNA稳定性等。从基因设计的角度对影响蛋白表达的因素和方法进行了综述,尤其是对密码子优化和密码子对优化,详细讨论了与传统基因优化理念截然不同的密码子协调化及密码子对协调化等最新进展。     

UTH1基因破坏提高重组酿酒酵母分泌β-葡萄糖苷酶

异源蛋白质分泌效率低限制了重组酿酒酵母的多种药用蛋白和工业酶生产。挖掘促进蛋白质生物合成和分泌的关键基因,是提高异源蛋白质生产效率的重要手段。酿酒酵母细胞壁完整性影响异源蛋白质分泌,本研究利用基于CRISPR/Cas9的基因组编辑技术,破坏了重组酿酒酵母Y294-BGL1中参与细胞壁合成的未知功能基因UTH1,发现所获得的突变体胞外β-葡萄糖苷酶酶活比出发菌株提高112.9%,而细胞壁完整性下降。对促进产酶的分子机理进行探索,发现突变体产酶条件下与细胞壁完整性相关的关键基因和与蛋白质分泌途径相关的基因转录出现明显差异,提示UTH1基因破坏不仅影响细胞壁完整性关键基因的表达,也影响蛋白质分泌途径。本文的研究结果有助于深入理解UTH1的基因功能,并为构建异源蛋白质高分泌酵母菌株提供了借鉴。