甲醇酵母表达系统研究进展

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第 @! 卷第 D 期: D! !MM! 年 C 月
生 物 技 术 OX)]\+P2)_)Za
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甲醇酵母表达系统源自文库究进展
韦宇拓, 赵颖怡, 黄日波
优先选择 ",$-表型, 因为低水平的醇氧化酶表达有利于表达蛋 [@!] 。菌株 白的纯化; 分泌表达 ",$ W 和 ",$- 都可能获得高表达 的表型可能影响基因的表达, 因此需要筛选不同的表型进行表 达量的分析, 以获得最高表达量的重组菌株。菌株 ZH@@E 以 转化子的表型可能是 ",$ W 也可能是 3)T@ 基因作为整合位点, 以 PXHD 基因为整合位点得到的转化子的表型都为 ",$ W 。 ",$-; 只有 3)T! 基因, 菌株 Y"B@ 的 3)T@ 基因被 31ZD 基因替代, 在甲醇培养基上表型为 ",$-, 因此 Y"B@ 的最大的优点是其转 不用鉴定表型。 化子表型都为 ",$-, 其甲醇代谢与 %&’(&# -!"(#.+$&’# 也是一种甲醇代谢酵母, %&’(&# )#*"+,&* 相似。 %&’(&# -!"(#.+$&’# 有两个乙醇氧化酶基因 3[Z@ 和 3[Z!, 3[Z@ 在甲醇代谢中起主要作用, 3[Z! 与 3[Z@ 有 CFV 的同源性, 但细胞中乙醇氧化酶的活性主要有 3[Z@ 提 在甲醇 供。如果 3[Z@ 缺损仅有 3[Z! 提供乙醇氧化酶活性, - @F] 作唯一碳源培养基上表现为慢生型 ",$[ 。3[Z@ 的启动子受 甲醇专一诱导且高水平表达, %&’(&# -!"(#.+$&’# 就是利用 3[Z@ 启动子调控外源基因的表达。 3[Z@ 基因的表达被葡萄糖抑 制, 但能被甲醇作唯一碳源诱导迅速表达, 与 %&’(&# )#*"+,&* 不 同, 葡萄糖对 3)T@ 启动子的阻遏, 转换为甲醇为唯一碳源的培 养基不能迅速解除抑制, 因此, 可以让 %&’(&# -!"(#.+$&’# 在葡萄 糖培养基上良好生长, 待葡萄糖消耗完后再用甲醇进行诱导。 美国的 X;J7$.98#; 公司也推出了商品的 %&’(&# -!"(#.+$&’# 表 达试剂盒。该试剂盒的使用和原理与 %&’(&# )#*"+,&* 试剂盒相 似, 包 括 两 种 表 达 质 粒 L"\]、 , L"\] L"\] 用 于 胞 内 表 达, ! (用于分泌表达 , 与 %&’(&# )#*"+,&* 一样利用 5 #’!,!7&*&#! 的 L"\] ( 信号肽序将表达产物分泌到胞外, 每种 !性成熟因子 !4 "G) 载体有一套三个不同读码框的表达质粒 3、 可以方便不同 O、 +, 的基因插入都能有正确的读码框。与 %&’(&# )#*"+,&* 不同的是, 在转化子中以可产生 @ 4 @MV 的多拷贝重组子, 表达质粒没有 卡那霉素基因用于筛选多拷贝重组子, 可以通过 -9,$>#.; 杂交 来检测重组子的拷贝数。这需要对转化子中筛选高产表达菌 株, 因为不是拷贝数越多表达量就越高, 特别对分泌表达来说, [@D] 有时单拷贝能获得最高表达 。 该试剂盒提供两个菌株 /"3*@@ 和 /"3*@R 都是 3*\! 缺 缺失了蛋白酶基 陷型。"3*@R 是由 /"3*@@ 进一步突变而来, 因 3 和 O, 因此 "3*@R 适合于表达对蛋白酶敏感的外源蛋白 质, 但在基本培养基上 /"3*@R 慢于 /"3*@@。此外, /"3*@@ 和 /"3*@R 原始菌株是粉红色菌落, 而转化子为白色, 可以通 过颜色的改变筛选转化子。表达载体通过同源重组以 3[Z@ 作 为整合位点将表达质粒的外源基因整合到染色体上, 转化子的 表型可能是 ",$ W 也可能是 ",$-, 与 %&’(&# )#*"+,&* 一样需要鉴定 转化子表型。 最适生长温 /#.*!.0$# )+$1-+,)(# 是一种耐高温甲醇酵母, 度为 FB^ 4 DF^ 。 /#.*!.0$# )+$1-+,)(# 只有一个编码甲醇氧化 酶的基因 (")T) , 其启动子是强诱导启动子, 与其它醇氧化酶 启动子不同, 该启动子对葡萄糖的阻遏不敏感, 在葡萄糖限制 或缺乏的条件下, 能够被甲醇诱导, 因此从培养向诱导的转换 非常容易, 在实际应用中有很大的优越性, 其表达量高于其它 [@E] 。 /#.*!.0$# )+$1-+,)(# 表达系统的整合方 的酵母表达系统 式与 %&’(&# )#*"+,&* 不同, %&’(&# )#*"+,&* 通过同源重组进行整合, 得到的重组子 AMV 以上是单拷贝, 通过筛选可以得到多拷贝重 组菌, 但拷贝数也不是很高。 /#.*!.0$# )+$1-+,)(# 的表达载体 含有宿主菌的 P31H 序列, 通过自我复制引导外源基因非同源 性整合到染色体, 可以获得拷贝 EMV 以上的重组子是多拷贝, [@R] 数为 @MM 以上的重组菌株 。表达载体也可以利用 .*23 的重 复序列引导外源基因整合到染色体上, 从而获得高拷贝数的重 组菌, 李黄金等利用 .123 重复序列构建了能产生 DM 4 @MM 以 [@B, @C] 。 /#.*!.0$# )+$1-+,)(# 和其它 上拷贝数以上的表达质粒 酵母一样可以分泌表达, N#=6#5’;; 等 构 建 了 /#.*!00$# )+$16 将水蛭素基因 ( >7.,67;) 分别与 -+,)(# 高效 分 泌 的 表 达 载 体, 5#’’(##,+-1’!* ’!,!7&*&#! 的 "G@ 基 因、 5’(8#..&+-1’!* +’’&3!."#$&* 的葡萄糖淀粉酶基因 ( Z3"@) 、 +’.<7;,- 5’#;’- 高血糖激素基因 的信号肽进行融合表达, 三者都能高效分泌且先导肽能被正确 切除, 其中 "G@ U >7.,67; 融合表达在 @M_ 发酵罐中的分泌产量 [@A] 可以达到 @8 U _ 以上 。 要使多个基因同时在同一个宿主中表达, 可以把多个基因 的表达盒串联在一个表达载体转化到宿主表达, 这不仅会增加 表达载体的构建难度, 而且基因的表达剂量多为 @ ‘ @, 难以广泛 应用。由于 /#.*!.0$# )+$1-+,)(# 能够形成高拷贝数的重组子, 就可以把多个基因分别整合到染色体上共同表达, 并筛选到各 基因拷贝数合适比例的重组菌, 使各基因在重组子中按预期的 剂量表达, 形成甲醇酵母代谢工程菌, 使甲醇酵母细胞变成一 个生物反应器, 从而使甲醇酵母能够高效合成需要多种酶才能
其乙 %&’(&# )#*"+,&* 曾用于高密度工业化生产单细胞蛋白, 醇氧化酶基因的分离和分子遗传操作技术的发展, 经过表达载 体构 建 和 宿 主 菌 的 改 造, 发展成为一种有效的基因表达系 [E, R] 统 。在 %&’(&# )#*"+,&* 中有两个基因 3)T@、 编码乙醇 3)T!, 氧化酶, 但 在 细 胞 中 乙 醇 氧 化 酶 的 活 力 主 要 由 3)T@ 提 供。 当培养基没有甲醇存 3)T@ 受甲醇专一诱导且能高水平表达, 在时检测不到 3)T@ 的表达, 但以甲醇作唯一碳源时, 3)T@ 能 [B] 高水平转录, 其 5123 可占总 5123 的 EV 以上 , 醇氧化酶可 [C, A] , 因此, 达到细胞可溶性蛋白的 FMV 以上 3)T@ 启动子可以 用于调控外源基因的表达。虽然 3)T! 与 3)T@ 有 ABV 的同源 性, 但 3)T! 提供的乙醇氧化酶的活力很低。在以甲醇作唯一 碳源的培养基上, 含有 3)T@ 的酵母菌株生长表现为正常野生 如果 3)T@ 基因被破坏或替换, 只有 3)T! 的菌株利 型 ",$ W , 用甲醇的能力减弱, 则表现为生长缓慢型 ",$-。 %&’(&# )#*"+,&* 甲醇诱导 3)T@ 基因的表达严格受葡萄糖和其它碳源的阻遏, 不能迅速解除葡萄糖的阻遏, 因此在用于外源基因表达时, 先 用甘油作碳源进行预培养, 再转换到甲醇作唯一碳源的培养基 进行诱导。 美国的 X;J7$.98#; 公司推出了商品的 %&’(&# )#*"+,&* 表达试 剂盒, 使利用 %&’(&# )#*"+,&* 表达外源基因十分方便。该系统是 利用同源重组将外源基因整合到染色体, 构建好的表达载体可 选用 适 当 的 限 制 性 内 切 酶 线 性 化, 然 后 转 化 宿 主 以 3)T 或 从而将外源基因替换到 PXHD 为同源序列发生单交换或双交换, 宿主染色体上。 试剂盒表达系统包括 L/X+F 0 EY、 L/X+AY、 L3)C@E 三种表达 质粒, L/X+F 0 EY 用于胞内表达, L/X+AY 是利用酿酒酵母 5 ’!,!6 ( 信号肽序列进行分泌表达。增加 7&*&#! 的!性成熟因子 !4 "G) [@M] 。 表达盒 在 染 色 体 的 整 合 拷 贝 数 一 般 都 能 获 得 高 表 达 量 可以用高浓度的 ZD@C L/X+F 0 EY、 L/X+AY 都带有卡那霉素基因, 筛选到含有多拷贝的重组子。 /3)C@E 质粒不 带 卡 那 霉 素 基 因, 可直接在体外构建串联的多拷贝表达载体, 然后转化酵母 [@@] , 但当外源基因片段较大 在同一位点得到多拷贝的重组子 时, 会增加构建表达质粒的难度。 都为组氨酸 %&’(&# )#*"+,&* 目前常用两个菌株 ZH@@E、 Y"B@, 缺陷型, 即利用表达质粒上的 PXHD 基因进行互补筛选转化重 组子。ZH@@E 带有完整的 3)T@ 基因, 在甲醇培养基上表型为 但胞内表达可以 ",$ W ,",$ W 在发酵过程的生长速度快于 ",$-,
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甲醇酵母是指能利用甲醇作唯一碳源的一类酵母, 其代谢 甲醇的第一步是, 在醇氧化酶的作用下甲醇被氧化成甲醛。调 节这种酶的启动子是强启动子并严格受甲醇诱导, 因此可用于 调控外源蛋白表达。同时甲醇酵母能在无机盐培养基中快速 生长, 易进行工业化大生产, 高密度培养干细胞量可达 @MM8 U 5& [@] 以上 。甲醇酵母在转化、 基因替换、 基因敲除等基因操作技 术上与酿酒酵母相似, 简单易行。而外源蛋白的表达量增加 @M [!] 。作为一种真核表达系统, 能对重组蛋白进行翻译 4 @MM 倍 后必要的剪接、 正确的折叠和修饰, 糖基化也更接近高等真核 [F] 。这些特点使得甲醇酵母成为一种很有潜力 生物甚至人类 的 表 达 系 统。 近 年 来,%&’(&# )#*"+,&* 、%&’(&# -!"(#.+$&’#$ 、 /#.*!.0$# )+$1-+,)(# 、 2#.3&3# 4&+3&.&& 等甲醇酵母已发展成为高 效的表达系统, 这些系统已成功表达了多种重组蛋白并显示出 [D] , 巨大的优越性, 一些重组蛋白已成为正式产品进入了市场 并成为目前基因表达优先考虑的表达系统。本文就这几种甲 醇酵母的一些特点和现状作简单介绍。
(广西大学生物技术实验中心, 广西 南宁 EFMMME) 摘要: 甲醇酵母是一种新的基因表达系统, 有着许多突出 的优点。多种重组蛋白已在甲醇酵母获得成功表达。该文综 述几种甲醇酵母表达系统的特点和现状。 关键词: 甲醇酵母; 重组蛋白; 高密度培养; 表达系统
中图分类号: SBC! (!MM!) MD 4 MMD! 4 M! 文献标识码: 3 文章编 号: @MMD 4 F@@T
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