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畢赤酵母高效表達(dá)熱穩(wěn)定性褐藻膠裂解酶及其在生產(chǎn)褐藻寡糖的應(yīng)用

01

文章背景簡(jiǎn)介

BACKGROUND INTRODUCTION

褐藻膠是由β-D-甘露糖醛酸(M)及其C5差向異構(gòu)體α-L-古羅糖醛酸(G)通過(guò)α/β-1,4糖苷鍵隨機(jī)排列而成的一種酸性多糖,這兩種糖單元相互聚合形成三種不同的結(jié)構(gòu)單元:聚甘露糖醛酸(PolyM)、聚古羅糖醛酸(PolyG)及M和G隨機(jī)組合形成的雜聚物(PolyMG)。褐藻膠裂解酶廣泛存在于生長(zhǎng)在海水、土壤和海洋藻類的微生物中,以弧菌、假單胞菌、固氮菌、芽孢桿菌、黃桿菌等海洋細(xì)菌最為常見,在少數(shù)真菌和病毒中也有褐藻膠裂解酶的存在。

褐藻膠裂解酶是一種專性裂解褐藻膠的多糖降解酶,可通過(guò)β消除反應(yīng)切斷酸性褐藻膠多糖糖苷鍵,并在新生成的非還原端C4,5 間產(chǎn)生具有不飽和雙鍵結(jié)構(gòu)的寡糖產(chǎn)物。褐藻膠裂解酶按其對(duì)底物降解方式的不同分為多聚α-L-1,4- 古羅糖醛酸裂解酶、多聚β-D-1,4- 甘露糖醛酸裂解酶及兩種片段都能裂解的雙功能裂解酶。褐藻膠的降解產(chǎn)物褐藻寡糖在醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)、食品等領(lǐng)域都具有巨大的利用潛力,有研究表明其在抗氧化、抗腫瘤、抗凝血、抗真菌、神經(jīng)保護(hù)、腸道消化吸收及植物的生長(zhǎng)及保鮮等方面表現(xiàn)出良好的生物活性。

畢赤酵母表達(dá)系統(tǒng)具有細(xì)胞外蛋白分泌能力強(qiáng)、分離方便、無(wú)內(nèi)毒素生成等優(yōu)點(diǎn)。該系統(tǒng)通常是工業(yè)生產(chǎn)重組蛋白的首選,但目前還沒(méi)有褐藻膠裂解酶在畢赤酵母系統(tǒng)中重組表達(dá)的報(bào)道。對(duì)畢赤酵母在褐藻膠裂解酶生產(chǎn)中的潛在應(yīng)用進(jìn)行研究具有很好的研究?jī)r(jià)值。

2018年,杭州師范大學(xué)的Haifeng Li等人在《Marine Drugs》(IF2018=4.379,醫(yī)學(xué)2區(qū))發(fā)表了題為“High-Level Expression of a Thermally Stable Alginate Lyase Using Pichia pastoris, Characterization and Application in Producing Brown Alginate Oligosaccharide”的文章。在本研究中,對(duì)黃桿菌H63的褐藻酸裂解酶基因sagl在畢赤酵母中成功進(jìn)行了表達(dá),并獲得了較高的產(chǎn)量。在此之前,由于包涵體問(wèn)題,sagl基因在大腸桿菌中并沒(méi)有得到很好的表達(dá)。同時(shí),該研究對(duì)酵母生產(chǎn)的重組海藻酸裂解酶的特性進(jìn)行了詳細(xì)的研究。此外,利用該重組酶對(duì)褐藻酸寡糖的大規(guī)模生產(chǎn)進(jìn)行了研究。

02

所用到的主要方法

METHODS

1.大腸桿菌和畢赤酵母重組表達(dá);

2.SDS-PAGE;

3.Western blot;

4.去糖基化;

5.TLC薄層色譜;

6.ESI-MS;

7.氨基酸系統(tǒng)發(fā)育樹構(gòu)建與分析

03

文章主要內(nèi)容摘要

ABSTRACT

本文將來(lái)源于黃曲霉H63的褐藻膠裂解酶基因sagl在密碼子優(yōu)化后在畢赤酵母中通過(guò)高密度發(fā)酵實(shí)現(xiàn)高表達(dá),在酵母培養(yǎng)上清中sagl(rSAGL)重組酶的最高產(chǎn)量達(dá)到226.4 μg/mL(915.5 U/mL)。這是迄今為止海藻酸鈉裂解酶重組表達(dá)的最高產(chǎn)量。rSAGL通過(guò)EndoH消化證實(shí)為部分糖基化蛋白。該酶的最佳反應(yīng)溫度為45°C、最適pH為7.5;在80 mM K+濃度下最多可使酶的催化活性提高244%。rSAGL是一種熱穩(wěn)定酶,T5015為57~58°C,T5030為53~54°C,其熱穩(wěn)定性優(yōu)于任何已知的海藻酸鈉裂解酶。在pH為6的100 mM磷酸鹽緩沖液中,rSAGL在50°C孵育2h后可保留98.8%的初始活性,在同樣溫度48 h后仍可保留初始活性的61.6%。通過(guò)畢赤酵母生產(chǎn)純化后的rSAGL的特異活性可達(dá)到4044 U/mg,這是迄今為止海藻酸鈉裂解酶的第二高記錄。當(dāng)rSAGL粗酶直接用于轉(zhuǎn)化40 g/L的海藻酸鈉,在50℃培養(yǎng)32小時(shí)后,可以將97.2%的底物轉(zhuǎn)化成二、三、四糖;旌衔镏羞原糖的最終濃度達(dá)到9.51 g/L。這是首次利用畢赤酵母系統(tǒng)高表達(dá)熱穩(wěn)定的褐藻膠裂解酶。

相關(guān)鏈接

新型雙功能褐藻膠裂解酶構(gòu)效關(guān)系分析及在褐藻寡糖制備中的應(yīng)用

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