亚油酸异构酶在原核生物中的异源表达

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反10,顺12-共轭亚油酸(t10,c12-CLA)具有抗肿瘤、抗动脉粥样硬化、减少细胞内脂质积累、调节免疫等生物学功能,作为一种新型食品功能因子在食品和药品行业表现出巨大的市场潜力。来源于痤疮丙酸杆菌的亚油酸异构酶(PAI)能够高效专一地催化亚油酸(LA)异构化为t10,c12-CLA,PAI已在多种宿主中表达,但是异源表达的PAI存在表达量低,酶活力不高的问题,尤其在大肠杆菌中,PAI形成了大量无生理活性的包涵体,严重影响了PAI的应用。因此,为了解决PAI异源表达的问题,本文采用基因工程手段在大肠杆菌宿主中构建了PAI的促溶表达菌株,研究了载体关键原件启动子和融合标签对PAI可溶性表达的影响,得到了一株高产可溶性PAI的重组大肠杆菌,并对融合蛋白MBP-PAI进行了分离纯化和酶学性质研究,为解决PAI在大肠杆菌异源表达过程中可溶性蛋白量低的问题提供了新的解决思路。同时,本文还首次尝试通过枯草芽孢杆菌分泌表达异源蛋白PAI。研究结果如下:(1)利用同源重组的方法在大肠杆菌中成功构建了含有不同启动子T7、CspA、trc和不同融合标签(His)6、Fh8、MBP的重组菌株:E.coli BL21(DE3)(pET24a-Fpai)、E.coli BL21(DE3)(pET24a-Mpai)、E.coli BL21(pCold-Hpai)、E.coli BL21(pCold-Fpai)、E.coli BL21(pCold-Mpai)、E.coli JM109(pTrc-Hpai)、E.coli JM109(pTrc-Fpai)、E.coli JM109(pTrc-Mpai)。(2)对比研究了融合标签和启动子对目的蛋白PAI表达总量、PAI可溶性表达水平和粗酶液相对酶活的影响。在PAI表达总量方面:与(His)6标签相比,融合标签MBP提高了目的蛋白的表达总量,而由于Fh8基因的密码子偏好性与宿主差异较大,Fh8标签严重影响了目的蛋白的表达,因此无法分析其规律;启动子同样影响了PAI的表达总量,启动子越强,PAI表达总量越高,即T7控制下的PAI表达总量最高,其次是CspA,最次是trc。在目的蛋白的可溶性表达水平方面:PAI的可溶性表达水平主要受融合标签的影响,在三种标签中,MBP的促溶效果最好。在相对酶活方面:标签和启动子的影响与可溶性表达水平的影响一致。因此,MBP标签和T7启动子是最优组合,E.coli BL21(DE3)(pET24a-Mpai)是表达可溶性PAI最高的重组菌株。(3)将PAI可溶性表达量最高的菌株E.coli BL21(DE3)(pET24a-Mpai)进行诱导条件优化,优化后的条件为:诱导温度20oC、IPTG浓度0.1 mmol/L、诱导培养18 h。利用亲和层析手段,成功从重组菌株中分离得到电泳纯的MBP-PAI,纯化后MBP-PAI的比酶活为1083.61 nmol/min/mg,蛋白收率约为54.52%,纯化倍数约为41.2倍。(4)对纯化后的MBP-PAI进行酶学性质研究:最适温度37oC,最适pH 7.5,在不同温度下稳定性差异较大;金属离子K+能够提高3%的酶活,Na+对MBP-PAI的酶活基本无影响,其余金属离子都对MBP-PAI的催化作用产生了抑制;在本研究选用的四种表面活性剂中,只有吐温-20在低浓度下能够提高MBP-PAI的酶活,吐温-20添加浓度为0.1 mmol/L时,MBP-PAI酶活提高了5.86%,吐温-20添加浓度为1 mmol/L时,MBP-PAI酶活提高了53.57%;底物LA对MBP-PAI没有抑制作用;MBP-PAI的动力学参数Km为253.89μmol/L,Vmax为2252.76 nmol/min/mg。(5)枯草芽孢杆菌重组菌株的构建及表达分析。利用基因工程手段成功构建带有Tat分泌途径信号肽phoD、YwbN和非经典分泌途径分泌蛋白Eno、gapA的枯草芽孢杆菌重组菌株B.subtilis WB800(pMA5-phoD-pai)、B.subtilis WB800(pMA5-YwbN-pai)、B.subtilis WB800(pMA5-Eno-pai)和B.subtilis WB800(pMA5-gapA-pai)。但是,采用多种方法均未能使以上四株重组枯草芽孢杆菌表达PAI,这与pai基因含有较多稀有密码子有关,还可能与载体的启动子是非诱导型启动子有关。
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