CN101735994A - 一种在乳酸乳球菌中表达牛胰蛋白酶的方法 - Google Patents

一种在乳酸乳球菌中表达牛胰蛋白酶的方法 Download PDF

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姜毓君
姚丽燕
曲行光
韩希妍
张光辉
赵凤
周艳秋
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Abstract

一种在乳酸乳球菌中表达牛胰蛋白酶的方法,它涉及一种表达牛胰蛋白酶的方法。解决了现有牛胰蛋白酶目前还不能在乳酸乳球菌中表达的问题。方法:将野生型牛胰蛋白酶N端的8个密码子和所有编码Leu和Ary的稀有密码子替换为乳酸乳球菌的偏爱密码子,得人工合成牛胰蛋白酶基因,并引入识别序列,然后与pUC57连接转化DH5α,筛选阳性转化子pUC57-trym,再与表达载体pSEC-E7同时双酶切后,回收所需目的片段,连接并构建重组表达载体pSEC-trym,电转化转入乳酸乳球菌NZ9000,厌氧培养后经乳链菌肽Nisin诱导,即完成。本发明使人工合成牛胰蛋白酶成功地在乳酸乳球菌中进行表达,且具有生物学活性。

Description

一种在乳酸乳球菌中表达牛胰蛋白酶的方法
技术领域
本发明涉及一种表达牛胰蛋白酶的方法。
背景技术
牛胰蛋白酶(bovine trypsin,EC 3.4.21.4)是一种丝氨酸蛋白酶,选择性地切除赖氨酸和精氨酸残基的C末端。作为一种动物源性消化酶,它被广泛应用于酶解法制备乳源生物活性肽。
此酶主要来源于牛胰腺,但随着海绵样脑病等一系列疾病的出现,从动物体中制备的产品尤其是用于食品业的产品存在很大的安全性问题。另外,还可以采用大肠杆菌重组法制备该酶,但会形成包涵体。因此,探索一种安全有效的牛胰蛋白酶制备方法意义重大。
乳酸乳球菌Lactococcus lactis(L.lactis)是公认的安全性菌株,常用于生产发酵乳制品。近年来,随着对其分子遗传学的不断深入了解,乳酸乳球菌被广泛地应用于现代生物技术领域。但是乳酸乳球菌是一种高度富含AT碱基的原核生物,因此导致牛胰蛋白酶目前还不能在该菌中表达。
发明内容
本发明的目的是解决现有牛胰蛋白酶目前还不能在乳酸乳球菌中表达的问题,而提供一种在乳酸乳球菌中表达牛胰蛋白酶的方法。
在乳酸乳球菌中表达牛胰蛋白酶的方法按以下步骤实现:一、将编码野生型牛胰蛋白酶氨基酸序列N端的8个氨基酸的密码子和牛胰蛋白酶中所有编码Leu和Ary的稀有密码子替换为乳酸乳球菌的偏爱密码子,得人工合成牛胰蛋白酶基因(trym),并在其5′、3′端分别引入带有NsiI和SpeI的识别序列,然后与克隆载体pUC57一起连接转化大肠杆菌DH5α,再筛选阳性转化子pUC57-trym;二、将pUC57-trym和表达载体pSEC-E7分别经NsiI和SpeI双酶切后,回收所需目的片段,连接并构建重组表达载体pSEC-trym;三、将pSEC-trym经电转化转入乳酸乳球菌感受态细胞NZ9000,得含有重组质粒的乳酸乳球菌NZ9000-pSEC-trym,然后PCR鉴定;四、将NZ9000-pSEC-trym接种于GM17液体培养基中,在30℃下厌氧培养过夜后,取培养物,然后以1∶25的体积比接种于GM17液体培养基中进行扩增培养,在30℃下厌氧培养至OD600为0.4~0.6,再用质量浓度1ng/ml的乳链菌肽Nisin诱导3h,即完成在乳酸乳球菌中表达牛胰蛋白酶。
本发明不仅能够安全地制备牛胰蛋白酶,而且能够提高乳酸乳球菌的水解能力,这对乳源生物活性肽的发酵法和水解法制备都具有重大的意义。本发明采用乳酸乳球菌重组法制备牛胰蛋白酶,使人工合成牛胰蛋白酶成功地在乳酸乳球菌中进行表达,且具有生物学活性。
附图说明
图1是具体实施一中对所构建的重组质粒pSEC-trym的PCR鉴定电泳图,
其中M表示DNA Marker,从上到下为2000,1000,750,500,250,100bp,泳道1是PCR结果,目的带大小为892bp;图2是具体实施一中在乳酸乳球菌中表达牛胰蛋白酶的Western blot分析图,其中泳道1是NZ9000-pSEC-trym诱导;图3是具体实施方式一中在乳酸乳球菌中表达牛胰蛋白酶的活性测定图。
具体实施方式
具体实施方式一:本实施方式在乳酸乳球菌中表达牛胰蛋白酶的方法按以下步骤实现:一、将编码野生型牛胰蛋白酶氨基酸序列N端的8个氨基酸的密码子和牛胰蛋白酶中所有编码Leu和Ary的稀有密码子替换为乳酸乳球菌的偏爱密码子,得人工合成牛胰蛋白酶基因(trym),并在其5′、3′端分别引入带有NsiI和SpeI的识别序列,然后与克隆载体pUC57一起连接转化大肠杆菌DH5α,再筛选阳性转化子pUC57-trym;二、将pUC57-trym和表达载体pSEC-E7分别经NsiI和SpeI双酶切后,回收所需目的片段,连接并构建重组表达载体pSEC-trym;三、将pSEC-trym经电转化转入乳酸乳球菌感受态细胞NZ9000,得含有重组质粒的乳酸乳球菌NZ9000-pSEC-trym,然后PCR鉴定;四、将NZ9000-pSEC-trym接种于GM17液体培养基中,在30℃下厌氧培养过夜后,取培养物,然后以1∶25的体积比接种于GM17液体培养基中进行扩增培养,在30℃下厌氧培养至OD600为0.4~0.6,再用质量浓度1ng/ml的乳链菌肽Nisin诱导3h,即完成在乳酸乳球菌中表达牛胰蛋白酶。
本实施方式步骤一中人工合成牛胰蛋白酶基因由上海旭冠公司合成。
本实施方式步骤一中筛选阳性转化子pUC57-trym,是送到上海生物工程技术服务有限公司进行双向测序;使用DNAMAN进行比对,结果表明合成的基因与预期突变结果一致。
本实施方式步骤三中PCR鉴定:针对重组质粒pSEC-trym设计引物,如重组质粒被成功构建,则如图1所示,经PCR会出现预期892bp大小的条带。
本实施方式步骤四中诱导终止后经溶菌酶处理提取菌体总蛋白进行SDS-PAGE(蛋白质电泳)、Western blot(免疫印迹杂交)分析:
Western blot结果如图2所示,重组菌NZ9000-pSEC-trym经乳链菌肽Nisin诱导后有目的条带出现,说明经突变的人工合成牛胰蛋白酶在乳酸乳球菌中成功表达。如图3所示,活性测定结果显示在牛胰蛋白酶的预期大小处紫色凝胶变为黄色,说明表达的人工合成牛胰蛋白酶具有生物学活性。
具体实施方式二:本实施方式与具体实施方式一不同的是步骤一中野生型牛胰蛋白酶基因序列如SEQ ID NO:1所示。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。
本实施方式中野生型牛胰蛋白酶基因序列来自基因文库(美国国立生物技术信息中心,www.ncbi.nlm.nih.gov)。
具体实施方式三:本实施方式与具体实施方式一不同的是步骤一中人工合成牛胰蛋白酶基因的序列SEQ ID NO:3。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。
具体实施方式四:本实施方式与具体实施方式一不同的是步骤二中双酶切的体系如下:
 10×Buffer  2.0μL
 NsiI  1.0μL
 SpeI  1.0μL
 重组质粒pUC57-trym  7.0μL
 ddH2O  加至20.0μL
双酶切反应条件为37℃下反应2h。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。
具体实施方式五:本实施方式与具体实施方式一不同的是步骤二中双酶切的体系如下:
 10×Buffer   2.0μL
 NsiI   1.0μL
 SpeI   1.0μL
 重组质粒pSEC-E7   7.0μL
 ddH2O   加至20.0μL
双酶切反应条件为37℃下反应2h。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。
具体实施方式六:本实施方式与具体实施方式一不同的是步骤三中PCR的体系如下:
  PCR反应缓冲液buffer  10.0μL
  dNTP Mixture  4.0μL
  上游引物 5′-TGAACGAACTTAATGGGAGG-3′  0.5μL
  下游引物 5′-GACGGTATCGATAAGCTTGA-3′  0.5μL
  提取质粒  0.5μL
  Primer STARTM HS DNA Polymerase(PCR反应所用的酶)  0.5μL
  ddH2O  加至50.0μL
PCR反应条件为98℃下预变性20s,98℃下变性10s,56℃下退火15s,72℃下延伸1.5min,共循环35次,72℃下终延伸2min,4℃下保存。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。
具体实施方式七:本实施方式与具体实施方式一不同的是步骤四中GM17液体培养基由4.225%肉汤和0.5%葡萄糖组成。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。
序列表
<110>东北农业大学
<120>在乳酸乳球菌中表达牛胰蛋白酶的方法
<160>5
<210>1
<211>672
<212>DNA
<213>牛(Bos)
<220>
<221>CDS
<222>(1)...(672)
<400>1
atc gtg ggc ggctac acc tgt ggg gca aat act  gtc ccc tac caa gtg 48
Ile Val Gly Gly Tyr Thr Cys Gly Ala Asn Thr Val Pro Tyr Gln Val
1                   5               10                  15
tcc ctg aac tct ggc tac cac ttc tgc ggg ggc tcc ctc atc aac agc 96
Ser Leu Asn Ser Gly Tyr His Phe Cys Gly Gly Ser Leu Ile Asn Ser
            20                  25                  30
cag tgg gtg gtg tct gcg gct cac tgc tac aag tcc gga atc caa gtg 144
Gln Trp Val Val Ser Ala Ala His Cys Tyr Lys Ser Gly Ile Gln Val
        35                  40                  45
cgt ctg gga gaa gac aac att aat gtc gtt gag ggc aat gag caa ttc 192
Arg Leu Gly Glu Asp Asn Ile Asn Val Val Glu Gly Asn Glu Gln Phe
    50                  55                  60
atc agc gca tcc aag agt atc gtc cat ccc agc tac aac tca aac acc 240
Ile Ser Ala Ser Lys Ser Ile Val Hi s Pro Ser Tyr Asn Ser Asn Thr
65                  70                   75                  80
tta aac aac gac atc atg ctg att aaa ctg aaa tca gct gcc agt ctc 288
Leu Asn Asn Asp Ile Met Leu Ile Lys Leu Lys Ser Ala Ala Ser Leu
                85                  90                  95
aac agc cga gta gcc tct atc tct ctg cca aca tcc tgt gcc tct gct 336
Asn Ser Arg Val Ala Ser Ile Ser Leu Pro Thr Ser Cys Ala Ser Ala
            100                 105                 110
ggc acc cag tgt ctc atc tct ggc tgg ggc aac acc aaa agc agt ggc 384
Gly Thr Gln Cys Leu Ile Ser Gly Trp Gly Asn Thr Lys Ser Ser Gly
        115                 120                 125
acc agc tac cct gat gtc ctg aag tgt ctg aag gct ccc atc cta tca 432
Thr Ser Tyr Pro Asp Val Leu Lys Cys Leu Lys Ala Pro Ile Leu Ser
    130                 135                 140
gac agc tct tgc aaa agt gcc tac cca ggc cag atc acc agc aac atg 480
Asp Ser Ser Cys Lys Ser Ala Tyr Pro Gly Gln Ile Thr Ser Asn Met
145                 150                 155                 160
ttc tgt gcg ggc tac ctg gag ggc gga aag gac tcc tgc cag ggt gac 528
Phe Cys Ala Gly Tyr Leu Glu Gly Gly Lys Asp Ser Cys Gln Gly Asp    
                165                 170                 175
tcc ggt ggc cct gtg gtc tgc agt gga aag ctc cag ggc att gtc tcc 576
Ser Gly Gly Pro Val  Val Cys Ser Gly Lys Leu Gln Gly Ile Val Ser
            180                  185                 190
tgg ggc tct ggc tgc gct cag aaa aac aag cct ggt gtc tac acc aag 624
Trp Gly Ser Gly Cys Ala Gln Lys Asn Lys Pro Gly Val Tyr Thr Lys
        195                 200                 205
gtc tgc aac tac gtg agc tgg att aag cag acc atc gcc tcc aac taa 672
Val Cys Asn Tyr Val Ser Trp Ile Lys Gln Thr Ile Ala Ser Asn
    210                 215                 220
<210>2
<211>223
<212>PRT
<213>牛(Bos)
<400>2
Ile Val Gly Gly Tyr Thr Cys Gly Ala Asn Thr Val Pro Tyr Gln Val
1               5                   10                  15
Ser Leu Asn Ser Gly Tyr His Phe Cys Gly Gly Ser Leu Ile Asn Ser
            20                  25                  30
Gln Trp Val Val Ser Ala Ala His Cys Tyr Lys Ser Gly Ile Gln Val
        35                  40                  45
Arg Leu Gly Glu Asp Asn Ile Asn Val Val Glu Gly Asn Glu Gln Phe
    50                  55                  60
Ile Ser Ala Ser Lys Ser Ile Val His Pro Ser Tyr Asn Ser Asn Thr
65                  70                  75                  80
Leu Asn Asn Asp Ile Met Leu Ile Lys Leu Lys Ser Ala Ala Ser Leu
                85                  90                  95
Asn Ser Arg Val Ala Ser Ile Ser Leu Pro Thr Ser Cys Ala Ser Ala
            100                 105                 110
Gly Thr Gln Cys Leu Ile Ser Gly Trp Gly Asn Thr Lys Ser Ser Gly
        115                 120                 125
Thr Ser Tyr Pro Asp Val Leu Lys Cys Leu Lys Ala Pro Ile Leu Ser
    130                 135                 140
Asp Ser Ser Cys Lys Ser Ala Tyr Pro Gly Gln Ile Thr Ser Asn Met
145                 150                 155                 160
Phe Cys Ala Gly Tyr Leu Glu Gly Gly Lys Asp Ser Cys Gln Gly Asp
                165                 170                 175
Ser Gly Gly Pro Val Val Cys Ser Gly Lys Leu Gln Gly Ile Val Ser
            180                 185                 190
Trp Gly Ser Gly Cys Ala Gln Lys Asn Lys Pro Gly Val Tyr Thr Lys
        195                 200                 205
Val Cys Asn Tyr Val Ser Trp Ile Lys Gln Thr Ile Ala Ser Asn
    210                 215                 220
<210>3
<211>688
<212>DNA
<213>人工序列
<220>
<223>人工合成牛胰蛋白酶基因的序列。
<400>3
atgcatcaat cgttggtggt tacacttgtg gtgcaaatac tgtcccctac caagtgtccc 60
ttaactctgg ctaccacttc tgcgggggct cccttatcaa cagccagtgg gtggtgtctg 120
cggctcactg ctacaagtcc ggaatccaag tgcgtcttgg agaagacaac attaatgtcg 180
ttgagggcaa tgagcaattc atcagcgcat ccaagagtat cgtccatccc agctacaact 240
caaacacctt aaacaacgac atcatgctta ttaaacttaa atcagctgcc agtcttaaca 300
gccgtgtagc ctctatctct cttccaacat cctgtgcctc tgctggcacc cagtgtctta 360
tctctggctg gggcaacacc aaaagcagtg gcaccagcta ccctgatgtc cttaagtgtc 420
ttaaggctcc catcctttca gacagctctt gcaaaagtgc ctacccaggc cagatcacca 480
gcaacatgtt ctgtgcgggc taccttgagg gcggaaagga ctcctgccag ggtgactccg 540
gtggccctgt ggtctgcagt ggaaagcttc agggcattgt ctcctggggc tctggctgcg 600
ctcagaaaaa caagcctggt gtctacacca aggtctgcaa ctacgtgagc tggattaagc 660
agaccatcgc ctccaactaa ggactagt                                    688
<210>4
<211>21
<212>DNA
<213>人工序列
<220>
<223>PCR上游引物的序列。
<400>4
tgaacgaact taatgggagg                                             20
<210>5
<211>21
<212>DNA
<213>人工序列
<220>
<223>PCR下游引物的序列。
<400>5
gacggtatcg ataagcttga                        20

Claims (7)

1.一种在乳酸乳球菌中表达牛胰蛋白酶的方法,其特征在于在乳酸乳球菌中表达牛胰蛋白酶的方法按以下步骤实现:一、将编码野生型牛胰蛋白酶氨基酸序列N端的8个氨基酸的密码子和牛胰蛋白酶中所有编码Leu和Ary的稀有密码子替换为乳酸乳球菌的偏爱密码子,得人工合成牛胰蛋白酶基因,并在其5′、3′端分别引入带有Nsi I和Spe I的识别序列,然后与克隆载体pUC57一起连接转化大肠杆菌DH5α,再筛选阳性转化子pUC57-trym;二、将pUC57-trym和表达载体pSEC-E7分别经Nsi I和Spe I双酶切后,回收所需目的片段,连接并构建重组表达载体pSEC-trym;三、将pSEC-trym经电转化转入乳酸乳球菌感受态细胞NZ9000,得含有重组质粒的乳酸乳球菌NZ9000-pSEC-trym,然后PCR鉴定;四、将NZ9000-pSEC-trym接种于GM17液体培养基中,在30℃下厌氧培养过夜后,取培养物,然后以1∶25的体积比接种于GM17液体培养基中进行扩增培养,在30℃下厌氧培养至OD600为0.4~0.6,再用质量浓度1ng/ml的乳链菌肽Nisin诱导3h,即完成在乳酸乳球菌中表达牛胰蛋白酶。
2.根据权利要求1所述的一种在乳酸乳球菌中表达牛胰蛋白酶的方法,其特征在于步骤一中野生型牛胰蛋白酶基因序列如SEQ ID NO:1所示。
3.根据权利要求1所述的一种在乳酸乳球菌中表达牛胰蛋白酶的方法,其特征在于步骤一中人工合成牛胰蛋白酶基因的序列SEQ ID NO:3。
4.根据权利要求1所述的一种在乳酸乳球菌中表达牛胰蛋白酶的方法,其特征在于是步骤二中双酶切的体系如下:
  10×Buffer  2.0μL   Nsi I  1.0μL   Spe I  1.0μL   重组质粒pUC57-trym  7.0μL   ddH2O  加至20.0μL
双酶切反应条件为37℃下反应2h。
5.根据权利要求1所述的一种在乳酸乳球菌中表达牛胰蛋白酶的方法,其特征在于是步骤二中双酶切的体系如下:
 10×Buffer  2.0μL  Nsi I  1.0μL  Spe I  1.0μL  重组质粒pSEC-E7  7.0μL  ddH2O  加至20.0μL
双酶切反应条件为37℃下反应2h。
6.根据权利要求1所述的一种在乳酸乳球菌中表达牛胰蛋白酶的方法,其特征在于步骤三中PCR的体系如下:
PCR反应缓冲液buffer  10.0μL dNTP Mixture  4.0μL 上游引物5′-TGAACGAACTTAATGGGAGG-3′  0.5μL 下游引物5′-GACGGTATCGATAAGCTTGA-3′  0.5μL 提取质粒  0.5μL Primer STARTM HS DNA Polymerase  0.5μL ddH2O  加至50.0μL
PCR反应条件为98℃下预变性20s,98℃下变性10s,56℃下退火15s,72℃下延伸1.5min,共循环35次,72℃下终延伸2min,4℃下保存。
7.根据权利要求1所述的一种在乳酸乳球菌中表达牛胰蛋白酶的方法,其特征在于步骤四中GM17液体培养基由4.225%肉汤和0.5%葡萄糖组成。
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