阻断消耗途径提高毕赤酵母工程菌S-腺苷甲硫氨酸产量

【背景】S-腺苷甲硫氨酸(S-adenosyl-L-methionine, SAM)作为所有生物体内的重要中间代谢物,不仅可作为膳食补充剂,还具有良好的临床应用价值。【目的】将毕赤酵母重组菌GS115/DS16的SAM消耗途径阻断,进一步提高SAM的产量。【方法】分别敲除毕赤酵母重组菌GS115/DS16的S-腺苷同型半胱氨酸水解酶基因sah1、S-腺苷甲硫氨酸脱羧酶基因spe2和L-甲硫氨酰tRNA合酶基因msm1,构建工程菌G/Dsah、G/Dspe和G/Dmsm。检测3个工程菌的生长和SAM产量,以及L-Met添加量对SAM积累的影响。【结果】与出发菌GS115/DS16相比,工程菌G/Dsah、G/Dspe和G/Dmsm的单位菌体SAM产量分别提高了29.3%、55.6%和24.8%,其生长无显著差异。L-Met添加量优化后(0.06%),G/Dsah和G/Dmsm单位菌体的SAM产量分别提高了26.4%和28.9%。【结论】构建的毕赤酵母工程菌可用于SAM的工业化生产,该代谢工程策略可用于改进其他化学品的生产。     

毕赤酵母组成型表达脂肪酶及其高通量筛选方法

【目的】获得组成型表达脂肪酶毕赤酵母,建立利用橄榄油罗丹明B平板高通量筛选组成型表达华根霉脂肪酶基因的有效方法。【方法】运用PCR技术从pGAPZαA表达载体上扩增得到GAP启动子片段,插入到表达载体pPIC9K-proRCL中,构建组成型表达载体pGAPK-proRCL。在保留含有同源双交换重组序列的诱导型启动子AOX1序列的基础上,电转化后华根霉Rhizopus chinensis CCTCC M201021脂肪酶基因proRCL表达盒在毕赤酵母基因组上发生双交换整合事件,从而组成型表达单拷贝的华根霉脂肪酶基因。【结果】重组菌发酵144 h后,脂肪酶最高酶活为130 U/mL。利用橄榄油罗丹明B平板高通量筛选组成型表达华根霉脂肪酶基因。【结论】该方法将初筛时间从12 d缩短为3 d,排除了多拷贝突变株的干扰,为后续脂肪酶的定向进化及筛选奠定了基础。     

洋葱伯克霍尔德菌脂肪酶的基因改造及其在毕赤酵母中组成型和诱导型的表达

【目的】克隆洋葱伯克霍尔德菌(Burkholderia cepacia)脂肪酶基因,实现其在毕赤酵母中快速、安全和稳定性的大量表达。【方法】首先设计引物扩增B.cepacia脂肪酶基因,然后应用生物信息学方法分析B.cepacia和毕赤酵母整体密码子使用情况、脂肪酶基因信号肽及密码子偏好性。在此基础上,运用overlap PCR对脂肪酶基因中低使用频率密码子进行改造并同时降低基因的G+C含量,获得优化的脂肪酶基因。再分别把原始和优化的脂肪酶基因导入载体pGAPZα和pPIC9K中,获得组成型表达载体pGAPlipW、pGAPlipO和诱导型表达载体pPIClipW、pPIClipO。分别将所得4种载体转入GS115中,得到一系列工程菌。经发酵和NTA树脂纯化后,对脂肪酶的酶学性质进行了初步研究。【结果】4种工程菌的脂肪酶活力分别为pPIClipW37.8U/mL,pPIClipO129.5U/mL,pGAPlipW40.2U/mL和pGAPlipO184.3U/mL。改造后脂肪酶活力比原始脂肪酶提高了4.6倍。酶学性质研究表明,脂肪酶在60℃时活力最高,在40℃-65℃范围内非常稳定;脂肪酶最适pH值为9.0,在pH6.0-pH10.0范围均表现很好的稳定性。【结论】通过overlap PCR改造后的脂肪酶显著提高了其在毕赤酵母中的表达效率,且GAP启动子比AOX1启动子更适合于B.cepacia脂肪酶的表达。大量表达的重组脂肪酶的性质与野生脂肪酶的性质相同,符合生产要求。     

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。     

费希尔曲霉脂肪酶在毕赤酵母中的优化表达及高密度发酵

【背景】脂肪酶广泛应用于纺织、食品、药品、皮革等工业领域,其在微生物中的异源表达研究进一步促进了脂肪酶产品的生产和应用。【目的】实现来源于费希尔曲霉的脂肪酶在毕赤酵母中的高效异源表达,探究其合适的表达及发酵条件,提高产量,降低成本。【方法】对费希尔曲霉的脂肪酶编码基因进行密码子优化后,应用pPIC9k质粒整合到毕赤酵母GS115基因组上,构建高产脂肪酶Lip605的毕赤酵母工程菌;并通过响应面发酵条件优化、筛选最适伴侣蛋白和高密度发酵相结合的方法,综合提高脂肪酶表达量。【结果】确定高产脂肪酶毕赤酵母工程菌的最优摇瓶发酵产酶条件为:甲醇3.103%(体积比),生物素0.4 mg/L,酵母粉11.5 g/L,酵母基础氮源培养基(yeast nitrogen base,YNB) 13.4 g/L,初始pH 6.4,装液量50 mL/250 mL,转速220 r/min,温度24°C,培养时间40 h。优化后的胞外脂肪酶酶活达到72.34 U/mL,较优化前提高了5.8倍;进一步选择12个伴侣蛋白分别与脂肪酶Lip605进行共表达,其中共表达伴侣蛋白Rpl10(pPICZA-RPL10)效果最佳,可使Lip605表达量进一步提高46.8%;在此基础上,经过10 L发酵罐分批补料的高密度发酵,工程菌株发酵142 h,胞外脂肪酶酶活最高达到680 U/mL,蛋白浓度为15.89 g/L。【结论】应用复合策略有效提高了脂肪酶Lip605在毕赤酵母中的发酵产量,为其进一步工业化生产奠定了良好的基础。     

特异腐质霉内切葡聚糖酶Ⅱ基因在毕赤酵母中的表达及酶学性质

【目的】在毕赤酵母中表达特异腐质霉Humicola insolens的中性内切葡聚糖酶Ⅱ,并对其性质加以研究。【方法】利用RT-PCR的方法,以特异腐质霉(Humicola insolens)NC3总RNA为模板,克隆到中性内切葡聚糖酶Ⅱ基因(egⅡ)的cDNA。将其插入表达载体pPIC9K,重组质粒经线性化后电击转化毕赤酵母(Pichia pastoris)菌株GS115。【结果】SDS-PAGE和酶活的检测结果均表明:egⅡ基因在毕赤酵母中成功表达。重组酶的部分酶学性质研究表明,该酶的最适反应温度为70°C,且在65°C以下具有较好的热稳定性。最适反应pH为6.5,在pH 6.0?7.0之间有较好的稳定性。【结论】用重组毕赤酵母可高效表达外源中性内切葡聚糖酶,为其今后在工业应用奠定了基础。     

巴斯德毕赤酵母表达系统的研究进展和前景展望

巴斯德毕赤酵母经过近二十来年的发展,已经成为表达外源基因的优秀表达系统之一,成功地表达了许多重组异源蛋白。从表达菌株,表达载体等方面详细综述了毕赤酵母表达系统的优点,如：营养要求低、可高密度发酵、遗传稳定性高等;分析了可能影响巴斯德毕赤酵母表达系统的相关因素,这些因素包括外源基因的特性、基因拷贝数、产物稳定性及发酵策略等,结合这些因素和具体实践经验,就如何提高外源基因在巴斯德毕赤酵母中表达量进行了阐述;讨论了该表达系统存在的不足之处并且展望了其发展前景。     

猪β防御素2成熟肽在酵母中的表达

【目的】将猪β防御素2成熟肽基因片段正确整合到酵母基因组染色体上,从而得到稳定的猪β防御素2成熟肽的毕赤酵母表达株。实现猪β防御素2成熟肽的表达。【方法】首先参考酵母偏爱密码子,设计3段引物序列,利用PCR技术扩增得到β防御2成熟肽基因,构建了重组质粒pPIC9k-GST-pBD-2和pPIC9k-pBD-2。将线性化的重组质粒电转化到毕赤酵母KM71细胞中。最后筛选得到酵母阳性克隆,通过不断调节表达条件,实现猪β防御素2成熟肽的表达。【结果】将GST-pBD-2基因序列和pBD-2基因序列分别成功整合到酵母KM71基因组中,重组毕赤酵母工程菌构建成功;重组酵母蛋白GST-pBD-2和PBD-2都成功获得了表达;PBD-2成熟肽表达上清对猪霍乱沙门氏菌弱毒株C500有一定的抑制作用。【结论】获得表达pBD-2成熟肽的酵母菌株,本实验是用真核细胞表达pBD-2成熟肽的一次探索,为后续大量表达pBD-2成熟肽方法的研究打下了基础。     

表达NM23-H1/NDPK-A工程菌的遗传稳定性研究

目的:研究重组工程菌的遗传稳定性。方法:利用重组表达质粒pBVNM-H1转化宿主菌E.coli DH5α,筛选重组工程菌DH5α-pBVNM-H1。将新构建好的重组工程菌在无选择压力的条件下进行连续传代培养,比较菌落在LB(-)和LB(+)培养基上的生长状况,并对传代菌株目标蛋白的表达情况以及质粒数量和目的基因DNA进行电泳鉴定。结果:重组工程菌连续传代50次中,在LB(-)和LB(+)培养基上的生长状况相同,目标蛋白表达量无显著差异,质粒数量及目的基因DNA结构稳定。结论:重组工程菌DH5α-pBVNM-H1具有良好的遗传稳定性。     

重组别藻蓝蛋白β亚基（His-β~（APC））表达菌株遗传稳定性的研究

工程菌株的遗传稳定性在目的产物的生产应用中至关重要。为了确定工程菌株的遗传稳定性,通过对重组别藻蓝蛋白β亚基（His-βAPC）生产菌株E.coliJM109（DE23）/pET28α-βAPC进行了菌体生长量的测定,平板划线,质粒酶切,产物鉴定等研究,检验了该工程菌质粒的稳定性。通过实验得到如下结果：该工程菌株在没有抗生素选择压力下传代,质粒丢失率为5代6%,10代8%,15代9%,20代15%;该菌株经固体平板连续划线传代20次后,菌落大小和形态基本不变;质粒经BamHⅠ和HindⅢ酶切后进行琼脂糖凝胶电泳结果显示该菌株携带的重组质粒目的片段在传代前后没有发生变化;经诱导培养后,His-βAPC在原代和第5、10、15和20代宿主菌中都可以表达,表达量没有明显差别,且表达产物在SDS-PAGE中的带型基本一致。以上结果表明,该工程菌质粒具有结构稳定性和分裂不稳定性。     

破囊壶菌脂肪酶基因的克隆、双温控自诱导表达及酶学性质研究

【目的】克隆破囊壶菌Aurantiochytrium sp.PKU#SW7的脂肪酶基因,实现其在大肠杆菌细胞中异源高效表达,并进行初步酶学性质研究。【方法】基于转录组数据注释,获得脂肪酶基因lip,构建重组基因工程菌Rosetta(DE3)/p ET30-lip,利用双温控自诱导方法高效表达蛋白,表达产物(LIP)经Ni-Agarose His亲和层析柱纯化后进行酶学性质研究。【结果】从Aurantiochytrium sp.PKU#SW7中克隆得到一个大小为873 bp的脂肪酶基因(Gen Bank登录号为KT305964),该酶对p-NPB最适反应温度和pH分别为40°C和8.0。以不同浓度的金属离子Ca~(2+)和Co~(2+)溶液分别保温处理酶液30 min可使酶活提高1.3倍左右;甲醇对脂肪酶的抑制作用不明显。在最适反应条件下对p-NPP与p-NPB的酶活力分别为70.0±3.1 U/mg和102.5±2.6 U/mg。【结论】Aurantiochytrium sp.PKU#SW7脂肪酶具有良好的特性,符合生物柴油生物催化剂基本要求。     

利用冰核蛋白N末端结构域在大肠杆菌表面展示粘质沙雷氏菌脂肪酶

【目的】利用细胞表面工程技术将活性脂肪酶展示于大肠杆菌细胞表面并对展示脂肪酶的酶学性质进行研究。【方法】将丁香假单胞菌冰核蛋白N末端结构域序列与粘质沙雷氏菌脂肪酶编码基因融合,构建成脂肪酶表面展示载体,并转化大肠杆菌BL21(DE3)。【结果】重组菌以终浓度0.05 mmol/L异丙基硫代-D-半乳糖苷(IPTG)、25°C条件下诱导培养,16 h后表面展示脂肪酶活力达到最大值1 852 U/g细胞干重。表面展示酶的最适pH为9.0,最适反应温度为40°C,表面展示酶热稳定性较游离酶有较大提高,在40°C孵育1 h后仍能保持90%以上的酶活力。【结论】以上结果表明细菌表面展示技术为脂肪酶固定提供了一个很有前景的替代方法。     

木酮糖激酶基因整合表达载体构建及在酿酒酵母中的过表达

【目的】以载体p406ADH1为构建骨架,构建一个酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)工业菌株的整合表达载体。【方法】通过酶切连接的方式,将4个元件片段:作为筛选标记的G418抗性基因KanR,用于基因表达的ADH1终止子片段,酿酒酵母W5自身木酮糖激酶基因,18S rDNA介导的同源整合区,插入到骨架质粒p406ADH1中,得到多拷贝整合表达载体pCXS-RKTr。将该载体线性转化酿酒酵母后,对转化子中木酮糖激酶酶活进行测定,检测其表达情况。【结果】重组质粒在酿酒酵母体内实现了木酮糖激酶的高水平稳定表达,其酶活力是初始菌株的2.87倍。【结论】本实验构建了一个酿酒酵母工业菌株整合表达载体,并用此载体过表达了其自身的木酮糖激酶基因。该重组质粒载体的构建可以有效解决酿酒酵母中自身木酮糖激酶酶活较低的情况,这为利用木糖高产乙醇酿酒酵母基因工程菌株的构建和其它酵母重组质粒载体的构建奠定基础。     

一株红景天内生细菌的筛选及初步研究

【目的】从红景天根部筛选并鉴定一株产酪醇的细菌,初步研究其产酪醇特性,为寻找红景天替代资源提供新途径。【方法】用NA培养基从大花红景天根部中分离内生细菌,通过薄层层析(TLC)、高效液相色谱(HPLC)、气相色谱-质谱联用(GC-MS)筛选出产量最大的菌株,经菌落形态分析、革兰氏染色分析及16S rRNA基因序列分析其分类学地位。单因素实验确定初始pH、培养温度、发酵时间及接种量对菌株产酪醇活力的影响。【结果】从大花红景天根部分离出14株内生细菌,其中8株能产酪醇,筛选出酪醇产量最大的菌株B3,经菌落形态分析、革兰氏染色分析及16S rRNA基因序列分析初步鉴定为水生拉恩氏菌(Rahnella aquatilis)。研究其发酵条件,其最适pH为6.0,最适温度为32 °C,最佳发酵时间为42 h,最佳接种量为15%。在最适发酵条件下,用改良NA培养基发酵,B3菌株酪醇的产量为15.68 mg/L。【结论】B3菌株是一株具有产酪醇能力的细菌,在最适发酵条件下酪醇产量达到15.68 mg/L,具有潜在的开发价值。     

重组人内皮抑素工程菌菌种稳定性考察

研究重组人内皮抑素突变体质粒HM-E的宿主菌E．coliBL21（DE3）在LB培养基中传代50代过程中菌种的稳定性。研究表明,重组人内皮抑素工程菌在传代50代的过程中质粒稳定性（ST）高,为98％,菌体与菌落呈典型的大肠杆菌形态,反复冻融后表达量未下降,目标蛋白在菌体超声的沉淀中质量分数为（58．75±3．78）％,同时,四甲基偶氮唑盐微量反应比色法（MTT）结果表明目的蛋白质量浓度为20μg／mL时对内皮细胞ECV-304具有很高的抑制率,达（94．72±2．10）％。     

汉逊酵母重组表达的人胃蛋白酶原Ⅱ校准品研制

目的：探索一种高效制备人胃蛋白酶原Ⅱ（pepsiongenⅡ,PGⅡ）体外诊断试剂用校准品的方法。方法：以汉逊酵母ATCC26012作为宿主菌,以携带Zeocin及G418双重筛选标记的pRMHP2.1质粒为载体,以遗传密码子优化设计后的PGⅡ序列为目的基因,通过电转化及后续多轮次的传代与稳定,筛选获得高水平分泌表达PGII蛋白的重组菌株26012/PGⅡ。采用Ni柱亲和层析的方法从200L发酵罐大量制备的培养液中纯化出高纯度的重组PGⅡ蛋白,将该蛋白质进行校准定值后配制成6种不同浓度的成套PGⅡ校准品,并对该系列校准品的实时稳定性、加速破坏性及开瓶稳定性展开评价。结果：筛选获得的重组汉逊酵母菌株26012/PGⅡ外源基因整合拷贝数高于40个且整合于染色体的rDNA位置,该菌株以分泌形式表达重组PGⅡ蛋白,表达量超过50mg/L,发酵培养液经Ni柱亲和层析纯化后,重组PGⅡ蛋白纯度达93.8%。通过免疫比浊试剂盒定量检测,该PGⅡ蛋白的活性定值与实际蛋白质量之间的比值达0.85,配制后的PGⅡ校准品在4℃实时保存1年、37℃加速破坏2周及4℃开盖保存2周后,校准品定值的平均下降幅度都不超过10%,其稳定性能不逊色于商品化的校准品。结论：汉逊酵母重组表达的PGⅡ蛋白可用作体外诊断试剂的校准品。     

Autocloning and amplification of LIP2 in Yarrowia lipolytica

We synthesized a Yarrowia lipolytica strain overproducing lipase for industrial applications by using long terminal repeat (zeta) of the Y. lipolytica retrotransposon Ylt1 and an allele of URA3 with a promoter deletion to construct JMP3. JMP3 is a derivative of plasmid pHSS6 carrying a NotI-NotI cassette which contains a defective URA3 allele, a polylinker sequence, and the zeta region for targeting to multiple sites in the genome of the recipient. We inserted the LIP2 gene (encoding extracellular lipase) under the control of the strong POX2 promoter into JMP3 to generate JMP6. The pHSS6 region was removed by NotI digestion prior to transformation. Two Y. lipolytica strains transformed with the JMP6 LIP2 cassette had a mean of 10 integrated copies devoid of the Escherichia coli region, corresponding to an autocloning event. The copy number in the transformants was stable even after 120 generations in nonselective and lipase-inducing conditions. The resulting strains could produce 0.5 g of active lipase per liter in the supernatant, 40 times more than the single-copy strain with the LIP2 promoter. This work provides a new expression system in Y. lipolytica that results in strains devoid of bacterial DNA and in strains producing a high level of lipase for industrial uses, waste treatment, and pancreatic insufficiency therapy.     

苦瓜MAP30基因的毕赤酵母表达载体构建及重组菌株的筛选

目的:从苦瓜中克隆MAP30全长基因,并将该基因连接至表达载体pPIC9中,建立酵母菌落PCR筛选方法。方法采用改良SDS法从苦瓜表皮中提取基因组DNA,设计特异性的引物,通过PCR技术扩增出全长861bp的MAP30基因。该基因经XhoⅠ和EcoRⅠ双酶切,连接至毕赤酵母表达载体pPIC9中。重组载体转化GS115菌株,运用菌落PCR鉴定重组菌株。结果:基因测序表明,该基因已成功插入酵母表达载体pPIC9α-factor分泌信号下游,同源性分析表明该基因与GeneBank(AF284811)的核苷酸同源性达99.9%,氨基酸同源性达100%。菌落PCR显示外源基因已整合入酵母GS115菌株中。结论:成功地克隆了MAP30全长基因,并构建了含MAP30基因的重组毕赤酵母表达载体,并获得了整合菌株,为下一步研究奠定了基础。     

重组大肠杆菌pET-28(a)/LF/BL21的传代稳定性

目的通过菌株传代方法观察携带致死因子(lf)基因的重组大肠杆菌pET-28(a)/LF/BL21的传代稳定性。方法将重组菌株pET-28(a)/LF/BL21在含有卡那霉素的LB培养基中连续传代至100代,比较第1、10、20、50、100代菌株的菌落形态、细菌形态、生化特性、质粒保有率、生长速度等的差异;取各代次菌株提取质粒DNA且分别进行双酶切及PCR鉴定、DNA测序;诱导表达各代次菌株,比较各代次菌株的重组rLF蛋白的表达水平及免疫反应性。结果各代次菌株菌落形态、生化特性、生长速度等方面与原始种子库无明显差异;在传至100代时的质粒保有率为76%;各代次菌株重组质粒电泳图谱、酶切图谱、PCR图谱未改变,未见lf基因变异;各代次菌株的总蛋白电泳图谱r、LF蛋白表达量r、LF蛋白的免疫反应性与原始种子库无明显差异。结论重组大肠杆菌pET-28(a)/LF/BL21具有较好的传代稳定性。     

表达PEDV S和PoRV VP7蛋白的重组伪狂犬毒株构建

【背景】猪流行性腹泻、猪轮状病毒病与猪伪狂犬病是严重危害全球养猪业的3种重要传染病,混合感染往往导致猪场更严重的损失。【目的】利用同源重组技术构建共表达猪流行性腹泻病毒(Porcine epidemic diarrhea virus,PEDV) S蛋白和猪轮状病毒(Rotavirus,PoRV) VP7蛋白的猪伪狂犬三联基因工程疫苗株,并研究其部分生物学特性。【方法】通过序列比对、蛋白结构分析筛选s基因的475?804 aa和vp7基因的17?339 aa作为毒株构建的目的片段,依次构建了pMD-S、pMD-VP7、pMD-VP7.S克隆载体和pEGFP-VP7.S转移载体。将质粒pEGFP-VP7.S和PRV XJ亲本株同源重组,空斑纯化得到重组毒株PRV (CM),对其稳定性和增殖特性进行研究。【结果】构建了共表达S蛋白和VP7蛋白的伪狂犬基因工程病毒,连续传代20次,均能检测到vp7和s基因,而gE基因阴性;Western blotting证实2种外源基因在重组病毒中均能实现良好的表达;测定亲本毒株和重组毒株的TCID50分别是10?7.59/0.1 mL和10?7.25/0.1 mL。【结论】获得了伪狂犬基因工程重组弱毒株PRV (CM),外源基因稳定存在,毒力基因稳定缺失,增殖特性差异不大,为PRV、PEDV和PoRV基因工程三联苗研究奠定了基础。