公开/公告号CN107236758A
专利类型发明专利
公开/公告日2017-10-10
原文格式PDF
申请/专利权人 江南大学;
申请/专利号CN201710431798.9
申请日2017-06-09
分类号C12N15/81(20060101);C12N15/31(20060101);C12N9/18(20060101);C12N9/60(20060101);C12N9/20(20060101);C12R1/84(20060101);
代理机构23211 哈尔滨市阳光惠远知识产权代理有限公司;
代理人张勇
地址 214122 江苏省无锡市蠡湖大道1800号
入库时间 2023-06-19 03:27:25
法律状态公告日
法律状态信息
法律状态
2023-08-04
专利权的转移 IPC(主分类):C12N15/81 专利号:ZL2017104317989 登记生效日:20230721 变更事项:专利权人 变更前权利人:江南大学 变更后权利人:广州焙乐道食品有限公司 变更事项:地址 变更前权利人:214122 江苏省无锡市蠡湖大道1800号 变更后权利人:511400 广东省广州市南沙区榄核镇顺河街1号自编二栋
专利申请权、专利权的转移
2019-12-24
授权
授权
2017-11-07
实质审查的生效 IPC(主分类):C12N15/81 申请日:20170609
实质审查的生效
2017-10-10
公开
公开
技术领域
本发明涉及一种共表达热激蛋白提高外源蛋白表达量的方法,属于酶工程技术领域。
背景技术
毕赤酵母(Komagataella phaffii,K.phaffii,原命名为Pichia pastoris)是重要的蛋白表达平台微生物,能以甲醇或者甘油作为单一的碳源和能源,其中甲醇可作为诱导剂,诱导醇氧化酶(AOX1)启动子。毕赤酵母表达系统和其它蛋白表达系统相比较,具备如下优势:具有强诱导性和强启动性启动子,利于外源基因高效表达;蛋白质加工折叠和翻译后修饰的作用,使外源蛋白的结构与天然蛋白相似,从而表现出一定的生物活性;上清液中内源蛋白分泌量非常少,有利于表达产物的分离纯化;外源基因与毕赤酵母染色体通过基因重组的方式整合,避免了外源基因的丢失,为外源蛋白插入酵母并稳定传代提供了可能。
提高毕赤酵母外源蛋白的表达量是当前微生物研究的重要课题之一,在工业中毕赤酵母中高效表达外源蛋白具有相当高的应用价值。毕赤酵母基因组序列的解读,有利于根据高产蛋白的特定属性来改良菌株品系。目前已有多种外源蛋白在毕赤酵母中取得较好的表达效果。
迄今大多数研究都集中在优化发酵条件,建立发酵条件与外源蛋白产量之间关系。但是这种简单的对应关系,未能明确发酵菌株与蛋白产量之间联系的依据。
此外,利用毕赤酵母生产具有较高酶活性的蛋白还面临一些难题,比如,虽高蛋白表达量,酶活性较低。有研究报道利用伴侣蛋白来促进外源蛋白的折叠,从而提高蛋白的表达水平,以及比活力。如Smit等通过共表达KAR2的方式提高了酿酒酵母中葡萄糖苷酶的表达量;卢鑫等在毕赤酵母中共表达伴侣蛋白(PDI和ERO1)提高了米根霉脂肪酶的产量;沙冲等进一步研究发现同时共表达伴侣蛋白PDI和ERO1,多种伴侣蛋白通过协同作用,可较大程度提高外源蛋白的活力。另有研究报道,共表达伴侣蛋白并不能提高外源蛋白的表达水平,在有些情况下反而使得外源蛋白的表达水平降低,如当在酿酒酵母中共表达Scj1时,外源蛋白人白蛋白的表达水平降低了60%(ANTIOXIDANTS&REDOX SIGNALING,2014,21:414-437)。
目前仅仅局限在利用少数几种伴侣蛋白进行共表达来提高外源蛋白的表达量,急需在研究毕赤酵母高效表达机制的基础上开发其他新型的能够促进外源蛋白表达的因子。
发明内容
本发明提供了一种提高毕赤酵母中外源蛋白表达量的方法,所述方法是在表达外源目的蛋白的同时过表达热激蛋白STI1、FES1、CPR6中的任意一种或者多种。
在一种实施方式中,所述热激蛋白STI1、FES1、CPR6是来源于毕赤酵母的热激蛋白。
在一种实施方式中,所述热激蛋白STI1、FES1、CPR6的氨基酸序列分别如SEQ IDNO:1、SEQ ID NO:2、SEQ ID NO:3所示。
在一种实施方式中,所述外源目的蛋白可以是磷脂酶、脯氨酰内肽酶、脂肪酶、蛋白酶、糖化酶等。
在一种实施方式中,所述方法是在同一宿主中表达外源蛋白和所述热激蛋白。
在一种实施方式中,所述宿主为毕赤酵母。
本发明的第二个目的是提供一种外源蛋白表达量提高的毕赤酵母重组菌,所述毕赤酵母重组菌在表达外源目的蛋白的基础上,还同时过表达了热激蛋白STI1、FES1、CPR6中的任意一种或者多种。
在一种实施方式中,所述表达热激蛋白STI1、FES1、CPR6的氨基酸序列分别如SEQID NO:1、SEQ ID NO:2、SEQ ID NO:3所示。
在一种实施方式中,所述外源目的蛋白可以是磷脂酶、脯氨酰内肽酶、脂肪酶、蛋白酶、糖化酶等。
在一种实施方式中,所述外源目的蛋白为紫红链霉菌磷脂酶A2。
在一种实施方式中,所述毕赤酵母重组菌是以毕赤酵母GS115、X33、KM71、KM71H、SMD1168、SMD1163等中的任意一种为宿主菌构建得到的。
在一种实施方式中,所述毕赤酵母重组菌是以pPIC9K、pPICZA/B/C、pPIC9K-His、pPIC3.5K、pPICZalphaA/B/C、pGAPZalpha、pAO815、pHIL-S1、pPink hc等中的任意一种为质粒载体构建得到的。
本发明的第三个目的是提供所述毕赤酵母重组菌的应用。
在一种实施方式中,所述应用是应用于食品、酿造、造纸、制革、制糖、化工等领域,更具体地,是应用于食品与酿造领域。
本发明的优点和效果:
本发明通过在表达外源目的蛋白的同时过表达热激蛋白STI1、FES1、CPR6,显著提高了外源目的蛋白的表达量。
附图说明
图1为共表达热激蛋白和磷脂酶的重组菌株的摇瓶发酵菌体浓度生长曲线;
图2为共表达热激蛋白和磷脂酶的重组菌株的摇瓶发酵菌体浓度生长曲线;
图3为共表达热激蛋白相关基因菌株的摇瓶发酵蛋白浓度曲线;
图4为共表达热激蛋白相关基因菌株的摇瓶发酵蛋白浓度曲线;
图5为共表达热激蛋白相关基因菌株的摇瓶发酵上清液酶活曲线;
图6为共表达热激蛋白相关基因菌株的摇瓶发酵上清液酶活曲线;
图7为共表达热激蛋白产脯氨酰内肽酶的重组菌菌体生长曲线;
图8为共表达热激蛋白产脯氨酰内肽酶的重组菌产蛋白浓度曲线;
图9为共表达热激蛋白产脯氨酰内肽酶的重组菌的脯氨酰内肽酶酶活曲线。
具体实施方案
(1)生物量测定
采用细胞干重(DCW)表示。取样后置于离心机中离心(12000r·min-1,6min),将菌体保留,加生理盐水悬浮菌体,重复离心去上清,然后放置在90℃烘箱中烘干得细胞干重。
(2)蛋白含量测定
利用考马斯亮蓝法测定发酵液上清中总蛋白浓度。取上述发酵上清液,测定595nm波长下测吸光度,每组设置三个平行,计算上清液中总蛋白浓度。
(3)磷脂酶活力测定
使用sPLA2 Assay Kit测定磷脂酶A2酶活力,方法步骤见说明书。
(4)脯氨酰内肽酶酶活力测定方法
具体操作步骤见文献(Journal of Molecular Catalysis B:Enzymatic,2016,125:81-87)。酶活计算公式为:
其中,U·mL-1:酶活力单位;ΔA:反应体系吸光度变化;V:总反应体系(mL);v:发酵液体积(mL);γ:摩尔消光系数(cm2·mol-1);β:比色杯光程(cm)。
下面是对本发明进行具体描述。
实施例1:共表达热激蛋白相关基因菌株的构建
以小分子量蛋白磷脂酶(21KD)以及大分子量蛋白脯氨酰内肽酶(66KD)两种蛋白作为外源目的蛋白表达对象,构建共表达热激蛋白相关基因的重组菌株。
具体是:
(1)利用PCR方法获取毕赤酵母中热激蛋白(STI1,FES1,CPR6和SSA1)的基因序列(核苷酸序列分别如SEQ ID NO:4、SEQ ID NO:5、SEQ ID NO:6、SEQ ID NO:7所示),并在序列两端添加酶切位点。以pPICZA为载体,使用限制性内切酶酶AsuII和NotI,酶切上述基因和载体。利用T4 DNA连接酶链接目的基因和载体,转化至DH5α感受态细胞,筛选验证获得重组质粒。
(2)将上述构建的重组质粒用限制性内切酶Sac I或Pme I酶切线性化,胶回收目的片段,分别电转感受态细胞(毕赤酵母K.phaffii GS115/pPIC9K-MLMH、GS115/pPIC9K-PLA2-1和GS115/pPIC9K-PLA2-12感受态细胞),培养并验证阳性菌株,得到了如表1所示的毕赤酵母重组菌。
其中,表达紫红链霉菌磷脂酶A2的毕赤酵母菌株K.phaffii>
表1共表达热激蛋白和外源目的蛋白的毕赤酵母重组菌列表
实施例2:
以小分子量蛋白磷脂酶(21KD)以及大分子量蛋白脯氨酰内肽酶(66KD)两种蛋白作为外源目的蛋白表达对象,分析含有热激蛋白相关基因的重组菌株对外源目的蛋白表达的影响。
其中毕赤酵母摇瓶发酵方法如下:
将甘油管保藏菌株用平板划线法培养,30℃培养3–5d。挑取单克隆至BMGY培养基中,在30℃200r·min-1条件下培养16h–18h至OD600达到2–6。将菌液在无菌条件下转移至无菌的离心管中,在6000r·min-1条件下离心10min,弃掉上清收集菌体,用BMMY培养基重悬菌体,28℃250r·min-1条件下培养,每24h添加1%的甲醇诱导表达,定时取样测定发酵液的菌体浓度和发酵上清液的蛋白浓度。
(1)产磷脂酶重组菌株共表达热激蛋白相关基因的摇瓶发酵结果
将构建的共表达热激蛋白菌株(表1)与出发菌株(GS115/pPIC9K-PLA-1和GS115/pPIC9K-PLA-12)进行摇瓶发酵。结果显示,在96h发酵周期内,菌株的菌体浓度(OD600)几乎完全一致,各菌株的生长趋势基本一致,不同共表达菌株间没有明显差异,OD600都在72h达到最大值,然后开始下降。由此可见,共表达蛋白对菌株生长没有明显影响(图1~图2)。
摇瓶发酵结果表明,在84h时共表达热激蛋白菌株的胞外总蛋白浓度都达到最大值。共表达同一热激蛋白相关基因,含有高拷贝磷脂酶基因的菌株发酵胞外总蛋白浓度及胞外磷脂酶活力高于低拷贝菌株(图3~图6)。共表达热激蛋白对含有不同拷贝数磷脂酶基因菌株的影响趋势一致,其中提高胞外磷脂酶活力倍数最大的是STI1,达到1.51倍,然后依次是FES1,SSA1和CPR6。
从图5中可以看出,共表达STI1、FES1、SSA1、CPR6和1拷贝磷脂酶基因的重组菌在发酵84h下达到的酶活分别为0.63U·L-1、0.58U·L-1、0.52U·L-1、0.45U·L-1,相比对照菌株GS115/pPIC9K-PLA-1,分别提高了1.51倍、1.39倍、1.24倍、1.08倍。
从图6中可以看出,共表达STI1、FES1、SSA1、CPR6和12拷贝磷脂酶基因的重组菌在发酵84h下达到的酶活分别为0.67U·L-1、0.64U·L-1、0.57U·L-1、0.56U·L-1,相比对照菌株GS115/pPIC9K-PLA-12,分别提高了1.24倍、1.19倍、1.05倍、1.04倍。
(2)产脯氨酰内肽酶重组菌株共表达热激蛋白相关基因摇瓶发酵
以表达脯氨酰内肽酶基因的毕赤酵母作为对照菌株,分析共表达热激蛋白对其的影响,结果如图7、图8、图9所示。
如图7、图8所示,共表达菌株与对照菌株(K.phaffii GS115/pPIC9K-MLMH)菌体浓度(OD600)生长趋势相似。当发酵96h时,共表达FES1使得胞外总蛋白浓度由0.20g·L-1提升至0.26g·L-1,而SSA1、CPR6、STI1菌株,胞外总蛋白浓度依次是0.25g·L-1、0.24g·L-1、0.23g·L-1。上述共表达基因FES1、SSA1、CPR6、TI1的重组菌,与对照相比,胞外总蛋白浓度分别提高了1.30倍、1.25倍、1.20倍、1.15倍。
如图9所示,共表达热激蛋白也同样能够提高脯氨酰内肽酶的表达水平,提高程度依次是FES1,SSA1,CPR6和STI1。当发酵96h时,共表达菌株的酶活达到了最高。共表达菌株FES1、CPR6、SSA1、STI1的酶活分别为210U·L-1、195U·L-1、190U·L-1、185U·L-1,与对照菌GS115/pPIC9K-MLMH的酶175U·L-1相比,分别提高了1.20倍、1.11倍、1.09倍、1.06倍。
虽然本发明已以较佳实施例公开如上,但其并非用以限定本发明,任何熟悉此技术的人,在不脱离本发明的精神和范围内,都可做各种的改动与修饰,因此本发明的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。
序列表
<110> 江南大学
<120> 一种共表达热激蛋白提高外源蛋白表达量的方法
<160> 7
<170> PatentIn version 3.3
<210> 1
<211> 572
<212> PRT
<213> 人工序列
<400> 1
Met Ser Ser Glu Glu Phe Lys Ala Gln Gly Asn Gln Ala Phe Gln Ala
1 5 1015
Lys Asp Tyr Glu Lys Ala Val Ser Phe Phe Thr Gln Ala Ile Glu Ala
202530
Ser Pro Thr Pro Asn His Ile Leu Phe Ser Asn Arg Ser Ala Ala Tyr
354045
Ala Ser Leu Gly Gln Tyr Gln Asp Ala Leu Asp Asp Ala Asn Lys Cys
505560
Val Glu Ile Asn Gly Ser Trp Ala Lys Gly Tyr Asn Arg Val Gly Ala
65707580
Ala His Tyr Gly Arg Gly Glu Trp Asp Glu Ala His Lys Ala Tyr Ser
859095
Lys Ala Leu Glu Leu Asp Pro Ala Asn Lys Met Ala Lys Glu Gly Leu
100 105 110
Asn Glu Thr Glu Ile Ala Arg Asp Ala Gly Asn Asp Val Lys Asn Ile
115 120 125
Phe Ser Asp Ala Gly Met Val Glu Lys Leu Lys Lys Asn Pro Lys Thr
130 135 140
Ala Glu Leu Met Lys Asp Pro Glu Leu Val Ala Lys Val Gln Lys Leu
145 150 155 160
Gln Thr Asp Pro Lys Ser Met Ser Gln Glu Leu Phe Ser Asp Pro Arg
165 170 175
Leu Met Thr Val Met Gly Ala Met Leu Gly Val Asp Leu Gly Val Gln
180 185 190
Pro Ser Gln Gln Ser Ala Pro Gln Glu Asp Thr Pro Val Pro Asp Ala
195 200 205
Tyr Pro Glu Pro Ser Ser Lys Pro Glu Thr Asn Thr Thr Ser Ala Lys
210 215 220
Asn Ala Ala Ala Pro Glu Pro Glu Lys Glu Ala Thr Pro Glu Pro Val
225 230 235 240
Asp Asn Ser Lys Glu Glu Ala Asp Asn Leu Lys Gln Gln Ala Asn Gln
245 250 255
Leu Tyr Lys Lys Arg Gln Phe Asp Glu Ala Ile Glu Leu Tyr Asn Lys
260 265 270
Ala Trp Glu Thr Phe Gln Asp Ile Thr Tyr Leu Asn Asn Arg Ala Ala
275 280 285
Ala Glu Phe Glu Lys Gly Asp Tyr Asp Ala Thr Ile Glu Thr Cys Glu
290 295 300
Asn Ala Val Glu Lys Gly Arg Glu Leu Arg Ala Asp Tyr Lys Leu Val
305 310 315 320
Ala Lys Ser Phe Ala Arg Leu Gly Ser Ala Tyr Leu Lys Lys Asp Asp
325 330 335
Leu Pro Asn Ala Ile Lys Phe Phe Glu Lys Ser Leu Thr Glu His Arg
340 345 350
Ser Pro Asp Val Leu Ser Lys Leu Arg Ala Ala Glu Ala Asp Leu Lys
355 360 365
Lys Lys Glu Ala Glu Glu Tyr Ile Asp Pro Glu Lys Ala Glu Glu Ala
370 375 380
Arg Leu Gln Gly Lys Asp Phe Phe Thr Lys Gly Asp Trp Pro Ala Ala
385 390 395 400
Val Lys Ala Tyr Thr Glu Met Ile Asn Arg Ala Pro Lys Asp Ala Arg
405 410 415
Gly Tyr Ser Asn Arg Ala Ala Ala Leu Ala Lys Leu Met Ser Phe Pro
420 425 430
Asp Ala Val Lys Asp Cys Asp Lys Ala Ile Glu Leu Asp Pro Ser Phe
435 440 445
Val Arg Ala Tyr Ile Arg Lys Ala Thr Ala Leu Ile Ala Met Lys Asp
450 455 460
Phe Asn Lys Ala Met Thr Thr Leu Glu Glu Ala Arg Thr Val Asp Ala
465 470 475 480
Asp Thr Asn Glu Gly Lys Ala Ala Asn Glu Ile Asn Gly Leu Tyr Tyr
485 490 495
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530 535 540
Ala Ala Leu Gln Glu His Met Lys Asn Pro Glu Val Ala Lys Lys Ile
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Asn Ile Leu Ile Ala Ala Gly Val Ile Arg Thr Arg
565 570
<210> 2
<211> 287
<212> PRT
<213> 人工序列
<400> 2
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1 5 1015
Glu Ser Lys Lys Arg Ala Gly Gln Pro Asp Pro Glu Leu Leu Ala Gln
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Val Ile Asn Asn Pro Glu Thr Asp Leu Glu Asn Lys Glu Val Ala Phe
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Val Lys Leu Lys Ala Leu Tyr Ala Leu Ser Asn Val Leu Arg His Asn
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Lys Val Leu Lys Ala Glu Gly His Ile Thr Ser Ile Asp Lys Val Leu
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<210> 3
<211> 361
<212> PRT
<213> 人工序列
<400> 3
Met Thr Pro Arg Ser His Ile Phe Phe Asp Ile Ser Ile Asn Asn Gln
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Leu Leu Lys Thr Ser Val Phe Ser Asn Val Ala Leu Ala Gly Leu Lys
260 265 270
Val Ser Lys Phe Lys Asp Thr Ile Lys Tyr Ala Thr Leu Val Ile Glu
275 280 285
Asp Glu Ser Ala Asp Ala Lys Ala Lys Ser Lys Gly Tyr Tyr Arg Arg
290 295 300
Gly Ser Ala Tyr Ser Ser Leu Lys Asp Glu Asp Ser Ala Ile Ser Asp
305 310 315 320
Phe Gln Lys Ala Leu Glu Leu Ser Pro Gly Asp Pro Ala Ile Ser Gln
325 330 335
Ser Leu Gln Arg Thr Thr Lys Ala Arg Lys Asp Arg Leu Ala Lys Glu
340 345 350
Lys Ala Ala Leu Ser Lys Phe Phe Glu
355 360
<210> 4
<211> 1719
<212> DNA
<213> 人工序列
<400> 4
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<211> 864
<212> DNA
<213> 人工序列
<400> 5
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acatctttgg ataactctaa tgagaaaata aagcttagaa cgctgtcttt gctttcctcc 600
atcattacca atggactatc agaagaagtt atcgaacatt tgcacaacaa caaggtggtt 660
attagtatgc tcaaggtttt gaaagcagaa gggcacatta cctctataga caaagttttg 720
agtcttctga ccactctagt gcagaataag ttcagatttt cagatgaaga gattaacttg 780
attcgccaat cgttgacaac tatagcagaa ctagaggaca gtctgaacaa cgatgatttg 840
aataccataa agcaagtact ttaa 864
<210> 6
<211> 1086
<212> DNA
<213> 人工序列
<400> 6
atgactcccc gttctcatat tttctttgac atctccatca acaaccagcc agctggcaga 60
ataatctttg agctcttcaa tgacattgtt cctaagacag cagagaattt tagagcttta 120
tctactggtg agaaaggtat aggtaagtct gggaaaccat tgcactacaa gggttctact 180
ttccatagga tcattaagga ttttatggta caaggtggtg actttaccaa cggtaacggt 240
actggaggcg aatccatata tggagaaaaa tttgaagatg aaaatttcca attgactcat 300
gacaaaccgt tccttctctc tatggcaaac gctggaccag gaactaatgg atcccagttt 360
tttatcacca ccgttcctac tcctcatctg gataacaagc atgtagtgtt tggaaaagta 420
attgctggta aagccacagt tagaaagatt gaaagaaact ccgaaggtga agctccaatt 480
gaacccgttg tcattgagga ctgtggtgaa cttccagaag acgcagattt gaccatctcc 540
gacgagactg gagacaagta tgaggaagtt ctgaaagata atgagaacat agacatcgat 600
gactttgaac aggtctacca ggccatcact gaaatcaaag aattgggtac aaagtatttc 660
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gaatacatac catcagattt atcagaggaa cagagctcta agttggagct gctaaaaaca 780
tctgtcttct ccaacgtggc attggctgga ctgaaagttt ccaagttcaa agacacgatt 840
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<210> 7
<211> 1740
<212> DNA
<213> 人工序列
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gatcgtgttg agatcattgc aaatgaccag ggtaacagaa ctaccccatc attcgtcgct 120
ttcactgaca ccgagagact gattggtgac gctgctaaga accaagctgc tatgaaccca 180
gccaacaccg ttttcgacgc caagcgtttg atcggtagaa agttctcaga tgctgagacc 240
caagctgata tcaagcactt cccattcaag gtcgttgaca agggtggaaa gccaaacatt 300
caagttgaat tcaaaggtga gactaaggtc ttcactccag aagagatctc ttccatggtt 360
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机译: 蛋白质二硫键异构酶基因,酵母受体蛋白质ERD2基因和外源多肽基因的重组共表达系统,以及使用该系统生产外源多肽的方法
机译: 一种用于分泌生产外源蛋白的新型装配翻译融合伴侣,使用该外源蛋白制备外源蛋白的方法及其筛选方法
机译: 包括重组B淋巴细胞细胞系的组合物和方法,所述重组B淋巴细胞细胞系包括表达至少一种对第一抗原具有反应性的内源性膜免疫球蛋白的至少一个内源基因,并且包括表达至少一种对第二抗原具有反应性的至少一种外源性分泌的免疫球蛋白的外源掺入的核酸