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        甲醇酵母表达系统

        互联网

        2201
        甲醇酵母基因表达系统是一种最近发展迅速的外源蛋白质生产系统。甲醇酵母是可利用甲醇作为唯一碳源的酵母,主要有H.Polymorpha、Candida Bodinii、Pichia Pastoris 三种,其中Pichia Pastoris 作为基因表达系统使用得最多、最广泛[1] 。与以往的基因表达系统相比,它具有无可匹敌的高表达特性,已被认为是最具有发展前景的生产蛋白质的工具之一。

        1. 外源蛋白质的基因在甲醇酵母中的高效表达
        目前已有多种蛋白质的基因在该表达系统中克隆成功,包括蛋白酶、酶抑制剂、受体、单链抗体等(表1)。尽管各种外源蛋白质产生的水平不一,但各种蛋白质在甲醇酵母中的产生水平均为在细菌、昆虫或哺乳动物等表达系统中产量的10~100倍[2] 。如表皮生长因子(EGF)在酿酒酵母中的产量为7.4mg/L,而在甲醇酵母中为450mg/L,提高了60倍[3] 。椐报道,外源蛋白质在甲醇酵母中的产量最高可达12g/L[9]

        表1 外源蛋白质在甲醇酵母中的高效产生

        <center> <table> <tbody> <tr> <td> <font>外源蛋白质</font></td> <td> <font>产生量(g/L)</font></td> <td> <font>文献</font></td> </tr> <tr> <td> <font>转化酶</font></td> <td> <font>2.3</font></td> <td> <font>[4]</font></td> </tr> <tr> <td> <font>D-丙氨酸羧肽酶</font></td> <td> <font>0.8</font></td> <td> <font>[5]</font></td> </tr> <tr> <td> <font>α-淀粉酶</font></td> <td> <font>2.5</font></td> <td> <font>[6]</font></td> </tr> <tr> <td> <font>Kunitz蛋白酶抑制剂(AbPP)</font></td> <td> <font>1.0</font></td> <td> <font>[7]</font></td> </tr> <tr> <td> <font>瞬时抗凝蛋白(TAP)</font></td> <td> <font>1.7</font></td> <td> <font>[8]</font></td> </tr> <tr> <td> <font>破伤风毒素片段C</font></td> <td> <font>12.0</font></td> <td> <font>[9]</font></td> </tr> <tr> <td> <font>百日咳抗原P69</font></td> <td> <font>3.0</font></td> <td> <font>[10]</font></td> </tr> <tr> <td> <font>人免疫缺陷病毒1膜外糖蛋白gp120</font></td> <td> <font>1.3</font></td> <td> <font>[11]</font></td> </tr> <tr> <td> <font>肿瘤坏死因子(TNF)</font></td> <td> <font>10.0</font></td> <td> <font>[12]</font></td> </tr> <tr> <td> <font>人转铁蛋白N端</font></td> <td> <font>4.0</font></td> <td> <font>[13]</font></td> </tr> </tbody> </table> </center>

        2. 实现外源蛋白质高效产生的关键因素
        2.1 表达载体
        首先,甲醇酵母中没有稳定的质粒,所以其表达载体采用整合型质粒。利用醇氧化酶(甲醇代谢的关键酶)基因-1(AOX 1)的启动子(PAOX1 )和转录终止子(3′AOX1 )构建成整合型表达载体。PAOX1 是一个极强的启动子,醇氧化酶的产量最高可占甲醇酵母中可溶性蛋白质的30%[2] ,所以能使外源蛋白质在它的控制下高效产生。其次,在载体中加入酿酒酵母的分泌信号和前导肽序列(α因子)构建分泌型载体,一方面可以减轻宿主细胞的代谢负荷,另一方面可以减少宿主细胞蛋白水解酶对外源蛋白质的降解,pPIC9K、pMETαA、B、C均为此类载体。此外,使多拷贝目的基因整合入甲醇酵母染色体,形成多个表达单元,产生高产的菌株,此类载体有pAO815、pPIC3.5、pPIC9等。
        2.2 受体菌 在以葡萄糖或甘油为碳源的培养基上生长时,甲醇酵母中AOX 1基因的表达受到抑制,而在以甲醇为唯一碳源时,诱导基因表达,使外源蛋白质的产量更高。甲醇酵母适合高密度连续培养的条件,细胞干重达100g/L以上,蛋白质产量极高[14] 。受体菌采用蛋白水解酶缺陷型,从而大大降低产物的降解。常用的甲醇酵母受体菌有GS115、KM71、PMAD11、PMAD16等。

        3. 应用前景
        经过近几年的发展完善,甲醇酵母表达系统已日趋成熟,应用也日趋广泛。国内已有多篇在甲醇酵母中生产外源蛋白质成功的报道(表2)。美国Invitrogen公司也已开发出多种新型的甲醇酵母表达系统试剂盒,如Multi-copy Pichia Expression Kit、Easyselect Pichia Expression Kit、Pichia methanolia Expression System等,利用甲醇酵母表达系统克隆一个外源基因已十分方便。相信随着对甲醇酵母研究的进一步深入,它在生产外源蛋白质方面将日益展示出诱人的前景。

        表2 国内利用甲醇酵母产生的外源蛋白质

        <center> <table> <tbody> <tr> <td> <font>外源蛋白质</font></td> <td> <font>产生量(g/L)</font></td> <td> <font>文献</font></td> </tr> <tr> <td> <font>人胰岛素</font></td> <td> <font>0.25</font></td> <td> <font>[15]</font></td> </tr> <tr> <td> <font>人胰岛素原</font></td> <td> <font>0.3</font></td> <td> <font>[16]</font></td> </tr> <tr> <td> <font>人p53蛋白</font></td> <td> <font>0.2</font></td> <td> <font>[17]</font></td> </tr> <tr> <td> <font>辣根过氧化物酶</font></td> <td> <font>4~6</font></td> <td> <font>[18]</font></td> </tr> <tr> <td> <font>人基质金属蛋白酶-9</font></td> <td> <font>0.01</font></td> <td> <font>[19]</font></td> </tr> </tbody> </table> </center>

        参考文献

        [1]李黄金等. 《生物工程学报》,1998,14(4):337
        [2]戴秀玉. 《微生物学报》,1997,37(6):483--485
        [3]彭毅等. 《生物技术通报》,2000,(1):38
        [4]Tschopp JF. Bio/Technology ,1987,5:1305-1308
        [5]Despreaux CW et al. Gene ,1993,131:35--41
        [6]Paifer E et al. Yeast ,1994,10:1415--1419
        [7]Wagner SL et al. Biochem Biophys Res Commun ,1992,186:1138--1145
        [8]Laroche Y et al. Bio/Technology ,1994,12:1119--1124
        [9]Clare JJ et al. Bio/Technology ,1991,9:455--460
        [10]Romanos MA et al. Vaccine ,1991,9:901--906
        [11]Scorer CA et al. Gene ,1993,136:111--119
        [12]Sreekrishna K et al. Biochemistry ,1989,28:4117--4125
        [13]Cregg JM et al. Bio/Technology ,1993,11:905--910
        [14]柴清等.《生命的化学》,1997,17(4):36
        [15]王燕等.《生物化学与生物物理学报》,1999,15(3):587--589
        [16]郭永志等.《生物工程进展》,1999,19(6):64
        [17]邱荣德等.《生物工程学报》,1999,15(4):477
        [18]蒋太交等.《生物化学与生物物理进展》,1999,26(6):584
        [19]颜红春等.《中国生物化学与分子生物学学报》,2000,16(2):194

         

        <center> <p>  </p> <p>  </p> </center>
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