酵母基因工程综述

酵母基因工程综述

姓名：张衡学号：060509215 班级：生工092

酵母菌是一类群体庞大的单细胞真核微生物，种类繁多，至少包括80个属，600多种，1000多菌株。它有完整的亚细胞结构和严谨的基因表达调控机制，它既能通过有丝分裂进行无性繁殖，也可以通过减数分裂实现有性繁殖。酵母菌作为单细胞真核生物，既具有细菌生长迅速、操作简单的特点，又具有真核细胞对翻译后蛋白的加工及修饰的能力，它是表达外源基因的理想宿主。因此利用酵母基因工程成功的生产了人类、动物、植物或微生物来源的异源蛋白，在医药生物技术上发挥了重要作用。

一、酵母基因工程的发展现状和发展趋势

酵母既具有原核生物生长快、遗传操作简单的特点，又有哺乳类细胞的翻译后加工和修饰功能，如二硫键的正确形成、糖基化作用等，用来生产来源于真核生物的生物活性蛋白有很多优点。目前在酵母基因工程中发展和应用的较多的酵母有酿酒酵母、乳酸克鲁维酵母、巴斯德毕赤酵母等，其应用主要体现在两个方面，一是改造酵母本身用以提高发酵性能；二是利用酵母作为宿主表达异源蛋白。1、酿酒酵母自身的改造：a、将葡萄糖淀粉酶基因导入酿酒酵母；b、将外源的蛋白水解酶基因导入酿酒酵母；c、将β—葡聚糖酶基因导入酵母；

d、将ATP硫酸化酶和腺苷酰硫酸激酶基因在酿酒酵母体内表达；

e、将人血清清蛋白（HAS）的基因转化到酿酒酵母。2、酵母表达异源蛋白：a、表达水平；b、表达质量。

对于酵母基因工程，在构建各种表达载体、建立新的表达系统方面取得了一系列进展。在未来一段时间内，酵母基因工程的研究将逐步转移到完善现有的表达系统、解决存在的缺陷、扩大应用领域等方面。对酵母自身的改造集中体现在如何通过转基因技术使酿酒酵母能利用纤维素和半纤维素等可再生物质来生产廉价的酒精，缓解能源紧张。1、解决酵母基因工程中还存在的缺陷；2、在人类基因组计划中的应用研究是一个重要的发展方向；3、利用酵母基因工程筛选更多的新药；4、改造酿酒酵母自身，降低生产酒精的成本；5、酵母的生理承受极限研究将引起人们的关注。

二、酵母表达系统

酵母菌作为单细胞真核生物，既具有细菌生长迅速、操作简单的特点，又具有真核细胞对翻译后蛋白的加工及修饰的能力，所以是表达外源基因的理想宿主。1、酵母表达载体：a、载体的基本构架典型的酵母表达载体均为大肠杆菌和酵母菌的"穿梭"质粒。它是由来自酵母的部分基因序列和细菌的部分基因序列所组成。其原核部分主要包括可以再大肠杆菌中复制的起点序列（ori)和特定的抗生素抗性基因序列。2、载体的复制形式酵母表达系统的载体主要分为附加型载体和整合型载体两种。附加型载体在酵母宿主中的拷贝数量大，但是在传代过程中易丢失，影响重组菌的稳定性和表达量：整合型载体导入酵母宿主细胞后与酵母细胞染色体基因组DNA整合，稳定性高，但是基因的拷贝数量低。2、宿主能够发展成基因表达系统的宿主应该具备一定的条件：a、安全无毒，不致病；b、遗传背景清楚，容易进行遗传操作；c、构建的载体DNA容易进入，转化频率较高；d、发酵周期短，培养条件简单，容易进行高密度发酵；e、蛋白质分泌能力好。3、酵母的DNA转化：a、原生质体法；b、离子溶液法；c、一步法；d、PEG1000法；e、电穿孔法和粒子轰击法。4酵母分泌外源蛋白的糖基化不同酵母细胞对分泌蛋白的糖基化方式和程度不同，加到分泌蛋白上的碳水化合物

的长度和结构是由酵母本身决定的。酿酒酵母分泌的多数外源蛋白均是过度糖基化的。

利用酿酒酵母和巴斯德比赤酵母现已开发出成熟的表达系统，并在科学研究和基因工程实践中扮演了重要角色。除此之外，利用乳酸克鲁维酵母、多形汉逊酵母、解脂耶氏酵母也开发出了各具特色的表达系统。酿酒酵母很早就被应用于食品和饮料工业，是发酵工业中的主要生产菌株，是人们最先建立的表达系统。长期实践证明，酿酒酵母具有较高的安全性。自人重组干扰素基因在酿酒酵母中表达成功后，酿酒酵母已被广泛地用作外源蛋白表达的宿主，并发展了许多相应的表达系统。目前已发展和建立的酿酒酵母表达载体既有整合型载体又有附加型载体。

巴斯德毕赤酵母是最近迅速发展起来的一种表达宿主，以甲醇作为唯一的能源和碳源。甲醇能够迅速诱导巴斯德毕赤酵母合成大量的乙醇氧化酶（AOX）在巴斯德毕赤酵母中有2个基因（AOX1和AOX2）编码AOX，约占全部可溶性蛋白质的30%以上，基因严格地受甲醇的诱导和调控。

酵母表面展示系统酵母展示主要应用的是酿酒酵母，主要采用与酵母匹配型有关的α—凝集素和a—凝集素作为骨架蛋白，与外源基因编码的蛋白质或多肽相融合，使外源基因编码的蛋白质或多肽表达在酵母细胞壁表面。

三、酵母基因工程的应用

利用酵母基因工程成功地生产了人类、动物、植物或微生物来源的异源蛋白，在医药生物技术上发挥了重要作用。1、利用毕赤酵母生产饲料用植酸酶：a、高产植酸酶重组酵母菌的构建；b、诱导表达；c、发酵条件的优化和后处理。2、可利用淀粉酿酒酵母的基因工程:天然的酿酒酵母由于酵母菌缺乏分解淀粉的酶类，用作发酵原料的淀粉需经液化、糖化等复杂步骤变成葡萄糖后才能被利用。构建具有较高的水解淀粉和产生酒精能力的酵母工程菌，有利于简化发酵工序，降低生产成本：（1）高产淀粉酶重组酵母菌的构建（2）性能测定。

随着现代分子生物学的发展，人们将进一步的探索各种酵母工程的强启动子元件，分泌信号肽一级对外源蛋白表达、分泌的影响因素，有理由推测酵母工程在未来的发展和应用中将占有重要的地位。