CN108374018A - 提高a-凝集素锚定酿酒酵母表面展示α-半乳糖苷酶表达活性及稳定性的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及提高a‑凝集素锚定酿酒酵母表面展示α‑半乳糖苷酶表达活性及稳定性的方法。属于酶工程技术领域。α‑半乳糖苷酶通过a‑凝集素锚定在酿酒酵母细胞表面进行展示表达,并通过于含半乳糖的YNB‑CAA培养基中,或于pH5的McIlvaine缓冲液中,添加抗坏血酸,从而对表面展示α‑半乳糖苷酶的活性表达及稳定性提高具有显著作用。采用本发明的方法在酿酒酵母表面展示的α‑半乳糖苷酶,其酶活力最高可达1364.2U/g(dry cell),为对照组的53.29倍,储存90天后具有良好稳定性,酶活力是1349.7U/g(dry cell),稳定性最高是对照组的60.74倍。大幅提高了α‑半乳糖苷酶在工业生产中的应用性。
Description
技术领域
本发明涉及酶工程技术领域,特别涉及一种提高a-凝集素锚定α-半乳糖苷酶在酿酒酵母细胞表面展示表达活性及稳定性的方法。
背景技术
α-半乳糖苷酶(α-galactosidase,EC3.2.1.22)属外切类糖苷酶,广泛存在于植物、动物和微生物中,专一性催化非还原末端α-半乳糖苷键的水解,可作用于含有α-半乳糖苷的低聚糖、多糖、糖蛋白和糖脂质。在食品工业、饲料工业、医疗制药业、轻工业等领域具有广泛的应用。
随着生物技术的发展,一些不同来源的α-半乳糖苷酶基因在大肠杆菌、毕赤酵母等表达系统中进行了异源表达。目前多数蛋白表达系统所表达的目的蛋白主要存在于胞内或分泌到培养基中,因此都需要进一步分离、纯化及浓缩等制备操作,同时游离态酶易失活、难以回收利用,也是应用成本居高不下的主要原因。
酵母细胞表面展示系统是利用基因工程技术将外源蛋白的基因与酿酒酵母细胞壁蛋白基因融合,经诱导表达在细胞表面。经诱导发酵后表达目的蛋白的酵母细胞通过离心或过滤等方法收集,无需纯化可作为全细胞催化单元使用,并可从反应介质中回收重复利用。酵母(酿酒酵母或毕赤酵母)是公认的GARS宿主,所表达的酶可广泛应用于食品、医药、化妆品等安全性要求更高的领域。尽管酶的酵母表面展示表达在实际应用中显现了很多的优势,但目前酵母表面展示α-半乳糖苷酶的成功的案例却很少,并存在表达活性及稳定性不高,难于长期稳定储存等问题,距商业化开发应用仍存在较大差距。
发明内容
针对现存重组α-半乳糖苷酶表达方面的瓶颈,本发明将α-半乳糖苷酶通过a-凝集素锚定在酿酒酵母细胞表面,开发了提高其展示表达活性及稳定性的方法。
本发明采用的技术方案是:提高a-凝集素锚定酿酒酵母表面展示α-半乳糖苷酶表达活性及稳定性的方法,包括如下步骤:
1)将α-半乳糖苷酶基因与带有a-凝集素基因的pYD1表达载体连接,构建重组质粒;
2)将重组质粒转化至酿酒酵母中,获得含重组质粒的酿酒酵母工程菌株;
3)将含重组质粒的酿酒酵母工程菌株置于含葡萄糖的YNB-CAA培养基中,培养至菌体OD600达到2.9-3.0时,回收菌体;
4)将步骤3)回收的菌体以2.5%的接种量接种于含半乳糖的YNB-CAA培养基中,22-26℃诱导24-84h,离心回收菌体;
5)将步骤4)回收的菌体用pH5的McIlvaine缓冲液悬浊菌体,冷冻或制成冻干粉。
进一步的,上述的提高a-凝集素锚定酿酒酵母表面展示α-半乳糖苷酶表达活性及稳定性的方法,步骤3)中,所述的含葡萄糖的YNB-CAA培养基,按重量百分比组成为:0.6-0.7%YNB,0.4-0.6%酸水解酪蛋白,1.5-2.5%葡萄糖,水余量。
进一步的,上述的提高a-凝集素锚定酿酒酵母表面展示α-半乳糖苷酶表达活性及稳定性的方法,步骤4),将步骤3)回收的菌体以2.5%的接种量接种于含半乳糖的YNB-CAA培养基中,24℃诱导36h,离心回收菌体。
进一步的,上述的提高a-凝集素锚定酿酒酵母表面展示α-半乳糖苷酶表达活性及稳定性的方法,步骤4)中,所述的含半乳糖的YNB-CAA培养基,按重量百分比组成为:0.6-0.7%YNB,0.4-0.6%酸水解酪蛋白,2-4%半乳糖,水余量。
进一步的,上述的提高a-凝集素锚定酿酒酵母表面展示α-半乳糖苷酶表达活性及稳定性的方法,于步骤4)中含半乳糖的YNB-CAA培养基中,或于步骤5)中pH5的McIlvaine缓冲液中,添加抗坏血酸。
进一步的,上述的提高a-凝集素锚定酿酒酵母表面展示α-半乳糖苷酶表达活性及稳定性的方法,添加抗坏血酸至终浓度为5-10mmol/L。
进一步的,上述的提高a-凝集素锚定酿酒酵母表面展示α-半乳糖苷酶表达活性及稳定性的方法,步骤5)中,pH5的McIlvaine缓冲液的用量为,按1g(wet cell)/mL浓度悬浊菌体。
本发明的有益效果是:本发明将α-半乳糖苷酶基因的工程菌株,经诱导表达培养目的蛋白,通过a-凝集素锚定表达于酿酒酵母细胞表面。采用本发明的方法在酿酒酵母表面展示的α-半乳糖苷酶,其酶活力最高可达对照组的53.29倍,储存90天后稳定性最高是对照组的60.74倍。
附图说明
图1是不同处理方法对表面展示α-半乳糖苷酶表达活性的影响。
图2是不同处理方法对表面展示α-半乳糖苷酶菌体悬浊液的冻存稳定性的影响。
图3是不同处理方法对表面展示α-半乳糖苷酶菌体冻干粉储存稳定性的影响。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的技术方案做进一步说明,但本发明所保护范围不限于此。
α-半乳糖苷酶基因的获得:α-半乳糖苷酶基因来源于oryza sativaL.subsp.japonica var.Nipponbare,Genbank编号:AP005737.3,设计上游引物5’-TAAGGTACCAGGATCCATGCTCGACAACGGGCTCGGGCG-3’和下游引物5’-GATATCTGCAGAATTCGCTCCGCTCCTCGCTGGCCC-3’,经PCR扩增后,获得目的基因α-半乳糖苷酶基因。
带有a-凝集素基因的pYD1表达载体购自Invitrogen公司。
酿酒酵母EBY100购自Invitrogen公司。
α-半乳糖苷酶活性测定:以pNP-半乳糖为底物,在405nm波长处测其OD值,以对硝基苯酚的生成量表示酶活力。一个酶活力单位(U)定义为每分钟分解pNP-半乳糖释放1μmol对硝基苯酚所需的酶量。
对比例
(一)方法如下
1)将α-半乳糖苷酶基因与带有a-凝集素基因的pYD1表达载体连接,按pYD1载体说明书操作,构建重组质粒。
2)将重组质粒转化至酿酒酵母EBY100中,并筛选出含重组质粒的酿酒酵母工程菌株。
3)将含重组质粒的酿酒酵母工程菌株按pYD1表达载体说明书推荐方法进行酶的诱导表达(作为以下实施例的对照组)。具体为:将含重组质粒的酿酒酵母工程菌株置于含有葡萄糖的YNB-CAA培养基中,培养至菌体OD600达到2时,回收菌体;
所述的含葡萄糖的YNB-CAA培养基,按重量百分比组成为:0.67%YNB,0.5%酸水解酪蛋白,2%葡萄糖,水余量。
4)将步骤3)回收的菌体以2.5%的接种量接种于含有半乳糖的YNB-CAA培养基中,20℃诱导24h,离心回收菌体;
所述的含半乳糖的YNB-CAA培养基,按重量百分比组成为:0.67%YNB,0.5%酸水解酪蛋白,2%半乳糖,水余量。
5)将步骤4)回收的菌体用pH5的McIlvaine缓冲液悬浊菌体,冷冻保存及制成冻干粉。
(二)测定结果
如图1-图3所示,α-半乳糖苷酶活性测定结果为25.6U/g(dry cell),冻存90天后酶活性降低了57.3%,制备冻干粉常温储存90天后酶活性降低了11.6%。
实施例1
(一)方法如下:
1)将α-半乳糖苷酶基因与带有a-凝集素基因的pYD1表达载体连接,构建重组质粒;
2)将重组质粒转化至酿酒酵母EBY100中,并筛选出含重组质粒的酿酒酵母工程菌株;
3)将含重组质粒的酿酒酵母工程菌株置于含葡萄糖的YNB-CAA培养基中,培养至菌体OD600达到2.9-3.0,回收菌体;
所述的含葡萄糖的YNB-CAA培养基,按重量百分比组成为:0.67%YNB,0.5%酸水解酪蛋白,2%葡萄糖,水余量。
4)将步骤3)回收的菌体以2.5%的接种量接种于含半乳糖的YNB-CAA培养基中,分别于22-26℃诱导0-84h,离心回收菌体;
所述的含半乳糖的YNB-CAA培养基,按重量百分比组成为:0.67%YNB,0.5%酸水解酪蛋白,2%半乳糖,水余量。
5)将步骤4)回收的菌体用pH5的McIlvaine缓冲液悬浊菌体,冷冻保存及制成冻干粉。所述pH5的McIlvaine缓冲液的用量为,按1g(wet cell)/mL浓度悬浊菌体。
(二)检测结果
α-半乳糖苷酶活性测定结果如表1。
表1
由表1可见,诱导温度为24℃,诱导时间为36h时,酶活性最高,因此本发明优选诱导温度为24℃,诱导时间为36h。
由图1-图3所示,诱导温度为24℃,诱导时间为36h时,制备的冻干粉,测定酶活性为240.6U/g(dry cell),是对照组的9.39倍;冻存90天后酶活性为102.7U/g(dry cell),降低了57.3%,是对照组的9.42倍;制备冻干粉常温储存90天后酶活性无显著降低,酶活性为213.2U/g(dry cell),降低了11.4%,是对照组的9.39倍。
实施例2
(一)方法如下:
1)将α-半乳糖苷酶基因与带有a-凝集素基因的pYD1表达载体连接,构建重组质粒;
2)将重组质粒转化至酿酒酵母EBY100中,并筛选出含重组质粒的酿酒酵母工程菌株;
3)将含重组质粒的酿酒酵母工程菌株置于含葡萄糖的YNB-CAA培养基中,培养至菌体OD600达到2.9-3.0,回收菌体;
所述的含葡萄糖的YNB-CAA培养基,按重量百分比组成为:0.67%YNB,0.5%酸水解酪蛋白,2%葡萄糖,水余量。
4)将步骤3)回收的菌体以2.5%的接种量接种于含半乳糖的YNB-CAA培养基中,24℃诱导36h,离心回收菌体;
所述的含半乳糖的YNB-CAA培养基,按重量百分比组成为:0.67%YNB,0.5%酸水解酪蛋白,2%半乳糖,水余量。
5)将步骤4)回收的菌体用含有终浓度为5mmol/L的抗坏血酸的pH5的McIlvaine缓冲液悬浊菌体,冷冻保存及制成冻干粉。所述含有终浓度为5mmol/L的抗坏血酸的pH5的McIlvaine缓冲液的用量为,按1g(wet cell)/mL浓度悬浊菌体。
(二)检测结果
由图1-图3所示,诱导温度为24℃,诱导时间为36h时,制备的冻干粉,测定酶活性为311.8U/g(dry cell),是对照组的12.18倍;冻存90天后酶活性为180.0U/g(dry cell),降低了42.3%,是对照组的16.51倍;制备冻干粉常温储存90天后酶活性无显著降低,酶活性为298.3U/g(dry cell),降低了4.3%,是对照组的13.14倍。
实施例3
(一)方法如下:
1)将α-半乳糖苷酶基因与带有a-凝集素基因的pYD1表达载体连接,构建重组质粒;
2)将重组质粒转化至酿酒酵母EBY100中,并筛选出含重组质粒的酿酒酵母工程菌株;
3)将含重组质粒的酿酒酵母工程菌株置于含葡萄糖的YNB-CAA培养基中,培养至菌体OD600达到2.9-3.0,回收菌体;
所述的含葡萄糖的YNB-CAA培养基,按重量百分比组成为:0.67%YNB,0.5%酸水解酪蛋白,2%葡萄糖,水余量。
4)将步骤3)回收的菌体以2.5%的接种量接种于含半乳糖的YNB-CAA培养基中,24℃诱导36h,离心回收菌体;
所述的含半乳糖的YNB-CAA培养基,按重量百分比含有0.67%YNB,0.5%酸水解酪蛋白,2%半乳糖,添加抗坏血酸至终浓度为5mmol/L,水余量。
5)将步骤4)回收的菌体用pH5的McIlvaine缓冲液悬浊菌体,冷冻保存及制成冻干粉。所述pH5的McIlvaine缓冲液的用量为,按1g(wet cell)/mL浓度悬浊菌体。
(二)检测结果
由图1-图3所示,诱导温度为24℃,诱导时间为36h时,制备的冻干粉,测定酶活性为1364.2U/g(dry cell),是对照组的53.29倍;冻存90天后酶活性是662.1U/g(dry cell),降低了51.5%,是对照组的60.74倍;制备冻干粉常温储存90天后酶活性无显著降低,酶活性为1349.7U/g(dry cell),降低了1.1%,是对照组的59.46倍。
最后,需要注意的是,以上列举的仅是本发明的具体实施例,显然,本发明不仅限于以上实施例,还可以有许多变形。本领域的科研人员从本发明公开的内容直接或间接联想到的所有形变,均应认为是本发明的保护范围。
Claims (7)
1.提高a-凝集素锚定酿酒酵母表面展示α-半乳糖苷酶表达活性及稳定性的方法,其特征在于,包括如下步骤:
1)将α-半乳糖苷酶基因与带有a-凝集素基因的pYD1表达载体连接,构建重组质粒;
2)将重组质粒转化至酿酒酵母中,获得含重组质粒的酿酒酵母工程菌株;
3)将含重组质粒的酿酒酵母工程菌株置于含葡萄糖的YNB-CAA培养基中,培养至菌体OD600达到2.9-3.0时,回收菌体;
4)将步骤3)回收的菌体以2.5%的接种量接种于含半乳糖的YNB-CAA培养基中,22-26℃诱导24-84h,离心回收菌体;
5)将步骤4)回收的菌体用pH5的McIlvaine缓冲液悬浊菌体,冷冻或制成冻干粉。
2.根据权利要求1所述的提高a-凝集素锚定酿酒酵母表面展示α-半乳糖苷酶表达活性及稳定性的方法,其特征在于,步骤3)中,所述的含葡萄糖的YNB-CAA培养基,按重量百分比组成为:0.6-0.7%YNB,0.4-0.6%酸水解酪蛋白,1.5-2.5%葡萄糖,水余量。
3.根据权利要求1所述的提高a-凝集素锚定酿酒酵母表面展示α-半乳糖苷酶表达活性及稳定性的方法,其特征在于,步骤4),将步骤3)回收的菌体以2.5%的接种量接种于含半乳糖的YNB-CAA培养基中,24℃诱导36h,离心回收菌体。
4.根据权利要求1、2或3所述的提高a-凝集素锚定酿酒酵母表面展示α-半乳糖苷酶表达活性及稳定性的方法,其特征在于,步骤4)中,所述的含半乳糖的YNB-CAA培养基,按重量百分比组成为:0.6-0.7%YNB,0.4-0.6%酸水解酪蛋白,2-4%半乳糖,水余量。
5.根据权利要求1所述的提高a-凝集素锚定酿酒酵母表面展示α-半乳糖苷酶表达活性及稳定性的方法,其特征在于,于步骤4)中含半乳糖的YNB-CAA培养基中,或于步骤5)中pH5的McIlvaine缓冲液中,添加抗坏血酸。
6.根据权利要求5所述的提高a-凝集素锚定酿酒酵母表面展示α-半乳糖苷酶表达活性及稳定性的方法,其特征在于,添加抗坏血酸至终浓度为5-10mmol/L。
7.根据权利要求1所述的提高a-凝集素锚定酿酒酵母表面展示α-半乳糖苷酶表达活性及稳定性的方法,其特征在于,步骤5)中,pH5的McIlvaine缓冲液的用量为,按1g(wetcell)/mL浓度悬浊菌体。
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CN109517815B (zh) * | 2018-11-19 | 2022-09-13 | 沈阳农业大学 | 一种提高发酵罐制备酿酒酵母细胞表面展示α-半乳糖苷酶表达量的新方法 |
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Publication number | Publication date |
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CN108374018B (zh) | 2021-07-09 |
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