CN108486142A - 一种表达异戊烯基转移酶ComQ的基因工程菌的构建方法及应用 - Google Patents

一种表达异戊烯基转移酶ComQ的基因工程菌的构建方法及应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种表达异戊烯基转移酶ComQ的基因工程菌的构建方法及应用,属于基因工程蛋白质工程技术领域。主要技术方案如下:设计异戊烯基转移酶ComQ的引物,扩增异戊烯基转移酶ComQ目的基因,酶切酶连法构建重组质粒,重组质粒的鉴定,化学转化法构建基因工程菌株。本发明为利用异戊烯基转移酶生物合成具有药理活性的各种芳香类化合物和异戊烯基化肽类化合物,构建了一株表达异戊烯基转移酶的基因工程菌株,并利用该基因工程菌进行大量表达并分离纯化异戊烯基转移酶。分离纯化得到的异戊烯基转移酶可将肽类化合物中的芳香基异戊烯基化,可用于芳香类化合物的异戊烯基化。

Description

一种表达异戊烯基转移酶ComQ的基因工程菌的构建方法及 应用
技术领域
本发明属于基因工程蛋白质工程技术领域,具体涉及一种表达异戊烯基转移酶ComQ的基因工程菌的构建方法及应用。
背景技术
近年来,异戊烯基芳香族类化合物由于其结构的多样性以及具有良好的药理活性越来越引起人们的重视。诸多研究表明,该类化合物具有抗氧化、降血脂、抗骨质疏松、抗肿瘤、抗病毒、抗菌等广泛的药理活性。异戊烯基芳香族化合物具有较好的生物活性,源于芳香类化合物骨架上取代的异戊烯基团增加了其亲脂性,从而使化合物分子与生物膜的亲和力加强。但是,这一类化合物天然来源和分布极为有限,且含量极微。此类化合物的化学合成也很困难,在合成过程中涉及到化学选择性、位置选择性、引入异戊烯基化的数目等,反应条件也较苛刻。酶法合成异戊烯基芳香类化合物是较为有效的方法之一,具有反应温和、特异性高等特点。从微生物基因组中克隆异戊烯基转移酶基因,进行外源表达及构建芳香类化合物异戊烯基转移酶工程菌,并对结构多样的芳香类化合物进行定向异戊烯基化,将为得到结构新颖、生物活性高的药物先导化合物提供新的途径。
发明内容
为弥补现有技术的不足,本发明提供一种表达异戊烯基转移酶ComQ的基因工程菌的构建方法及应用。本发明的技术方案如下:
一种表达异戊烯基转移酶ComQ的基因工程菌的构建方法,包括如下步骤:
(1)设计异戊烯基转移酶ComQ的引物
根据异戊烯基转移酶ComQ的碱基序列,以及载体pProEX-HTa的多克隆酶切位点,设计上下游引物并引入酶切位点;
(2)扩增异戊烯基转移酶ComQ目的基因
以解淀粉芽孢杆菌基因组为模板,向体系中加入上下游引物、Taq DNA聚合酶及缓冲液,进行PCR反应,切胶回收PCR产物;
(3)酶切酶连法构建重组质粒
将PCR产物和pProEX-HTa质粒用限制性内切酶进行双酶切,回收酶切产物,用连接酶将载体与目的基因连接得到重组质粒,用化学转化法将重组质粒转入大肠杆菌DH5α感受态细胞中,在含有氨苄霉素的LB固体培养基中过夜培养;
(4)重组质粒的鉴定
挑取步骤(3)中单菌落接种于含有氨苄霉素的LB培养基中,恒温震荡培养后提质粒,利用双酶切方法初步检测并将质粒进行测序;
(5)化学转化法构建基因工程菌株
将测序成功的重组质粒用化学转化法转入E.coli BL21(RIL)感受态细胞中,涂布于含氨苄霉素的LB固体培养基上,过夜培养,挑取单菌落接种于含氨苄霉素的LB液体培养基中,恒温过夜培养后保存,即得表达异戊烯基转移酶ComQ的基因工程菌。
进一步的,所述的上下游引物分别为F-ComQ:5’-GGGCCATGGATATGTGTTTAGATGCCGAA-3’、5’-GGGTCTAGATTATTTTTCATCCTCCTCTAA-3’。
本发明同时请求保护所述的表达异戊烯基转移酶ComQ的基因工程菌的应用,具体为利用所述的基因工程菌体外表达异戊烯基转移酶ComQ。
进一步的,所述的表达异戊烯基转移酶ComQ的基因工程菌的应用,具体步骤如下:
(1)制备目的蛋白粗提液
将菌种接种到含有氨苄霉素的液体LB培养基中,震荡培养后,加入IPTG诱导,随后收集菌体,缓冲溶液悬浮后超声破碎,离心、保存上清液作为粗提液备用;
(2)利用金属离子螯合层析对目的蛋白的粗提液进行初步分离纯化
将处理好的填料灌入低压层析柱中,用Washing buffer平衡柱子后加入粗提液,使目的蛋白与填料充分结合,然后用Washing buffer对杂蛋白进行洗脱,最终用Elutionbuffer将目的蛋白洗脱收集,利用SDS-聚丙烯酰氨凝胶电泳检测蛋白纯化效果;
(3)利用离子交换层析对目的蛋白进行进一步分离纯化
先用高盐浓度的Buffer B清洗离子柱中残留的杂蛋白,再用Buffer A洗去柱子中的盐离子,平衡柱子后将镍柱纯化后的蛋白溶液灌入离子交换柱,用Buffer B、Buffer A的混合液对目的蛋白进行梯度洗脱,根据洗脱峰谱图,选择样品用SDS-聚丙烯酰氨凝胶电泳进行检测分析,根据检测结果回收目的蛋白,浓缩备用;
(4)利用凝胶过滤层析法再次纯化目的蛋白
用凝胶过滤缓冲液平衡层析柱后进样,并对目的蛋白进行洗脱,根据洗脱峰谱图,选择对应蛋白样品用SDS-聚丙烯酰氨凝胶电泳进行检测分析,根据检测结果回收对应的目的蛋白,浓缩后保存备用。
进一步的,步骤(1)所述菌种的接种量为1vt%。
异戊烯基转移酶也可以修饰肽和蛋白分子中带有芳香基团的氨基酸,并通过它们的N和C末端的酰胺转移而形成大环。肽分子的异戊烯化除了在许多细胞代谢过程中(包括信号转导和运输)发挥重要作用外,还使其具有非常好的生物活性,如抗菌、抗肿瘤等。肽分子异戊烯化之后靶向至细胞膜并增强肽分子的ATP非依赖性细胞渗透性。ComQ蛋白是来源于解淀粉芽孢杆菌的一种异戊烯基转移酶,能够特异性的将异戊烯基转移到信号前体肽分子中的组氨酸残基上,使信号前体肽结合到细胞膜上,从而合成得到成熟的信号肽。
本发明的有益效果如下:本发明为利用异戊烯基转移酶生物合成具有药理活性的各种芳香类化合物和异戊烯基化肽类化合物,构建了一株表达异戊烯基转移酶的基因工程菌株,并利用该基因工程菌进行大量表达并分离纯化异戊烯基转移酶。分离纯化得到的异戊烯基转移酶可将肽类化合物中的芳香基异戊烯基化,可用于芳香类化合物的异戊烯基化。
附图说明
图1为ComQ蛋白金属离子螯合层析纯化结果图;
图2为ComQ蛋白离子交换层析纯化结果图;
图3为ComQ蛋白凝胶过滤层析纯化结果图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步的说明,若无特殊说明,本发明所用原料、试剂、设备均为本领域常规技术手段。
实施例1构建表达异戊烯基转移酶ComQ的基因工程菌
(1)设计异戊烯基转移酶ComQ的引物
根据NCBI登记的ComQ蛋白的碱基序列,以及载体pProEX-HTa的多克隆酶切位点,利用clone manager软件设计上下游引物,分别引入NcoⅠ和XbaⅠ酶切位点。ComQ的引物信息如下:上游引物F-ComQ:5’-GGGCCATGGATATGTGTTTAGATGCCGAA-3’(划线部分为NcoⅠ酶切位点);下游引物R-ComQ:5’-GGGTCTAGATTATTTTTCATCCTCCTCTAA-3’(划线部分为XbaⅠ酶切位点)。
(2)扩增异戊烯基转移酶ComQ目的基因
以金黄色葡萄球菌基因组为模板,体系中加入上下游引物、Taq DNA聚合酶及缓冲液,进行PCR反应。PCR参数为:95℃预变性5min;95℃变性1min,57℃退火1min,72℃延伸1min,循环32次;72℃延伸10min;PCR扩增产物用1wt%琼脂糖凝胶电泳进行分析,片段大小与理论值一致,切胶回收PCR产物。
(3)酶切酶连法构建重组质粒
将PCR产物和pProEX-HTa质粒用NcoⅠ和XbaⅠ进行双酶切,使用PCR产物回收试剂盒回收酶切产物,用T4DNA连接酶将载体与目的基因连接得到重组质粒,用化学转化法将重组质粒转入大肠杆菌DH5α感受态细胞中,在含有氨苄霉素的LB固体培养基中过夜培养。
(4)重组质粒的鉴定
挑取单菌落接种于5mL含有50μg/mL氨苄霉素的LB培养基中,37℃恒温震荡过夜培养后提质粒,提取后的质粒用NcoⅠ和XbaⅠ酶切后用1wt%的琼脂糖凝胶电泳检测片段大小,将大小符合理论值的质粒进行测序。
(5)化学转化法构建基因工程菌株
将测序成功的重组质粒1μL用化学转化法转入E.coli BL21(RIL)感受态细胞中,涂布于含有终浓度为100mg/mL氨苄霉素的LB固体培养基上,过夜培养。挑取单菌落接种于20mL含有终浓度为100mg/mL氨苄霉素的液体LB培养基中,37℃恒温过夜培养后保存菌种,即得表达异戊烯基转移酶ComQ的基因工程菌。
实施例2利用基因工程菌表达异戊烯基转移酶ComQ
(1)制备目的蛋白粗提液
将菌种按1vt%的接种量接种到含有终浓度为100mg/mL氨苄霉素的液体LB培养基中,37℃震荡培养,当OD600在1.0时,加入终浓度为0.5mM/L的IPTG诱导,30℃培养8h后收集菌体。将收集的菌体用缓冲液(20mM Tris-HCl(pH 8.0),150mM NaCl)悬浮后进行超声破碎,13000rpm离心50min,保存上清液作为粗提液备用。
(2)利用金属离子螯合层析对目的蛋白粗提液进行初步分离纯化
将5mL已处理好的填料(Ni SepharoseTM High Performance,GE HealthcareTM)灌入低压层析柱(Bio-Rad,型号2.5×10cm)中,先用Washing buffer(30mM咪唑,20mM Tris-HCL,150mM NaCl)平衡10min,然后加入粗提液,在摇床上轻柔摇30min,使目的蛋白与填料充分结合,然后用4倍柱体积的Washing buffer(30mM咪唑,20mM Tris-HCL,150mM NaCl)对杂蛋白进行洗脱,最终用30mL Elution buffer(300mM咪唑,20mM Tris-HCL,150mM NaCl)将目的蛋白洗脱收集,利用15wt%的SDS-聚丙烯酰氨凝胶电泳检测蛋白纯化效果,结果见图1。图中条带6、5、4、3、2分别是用washing buffer洗脱后检测的结果,条带6洗脱1次,条带5洗脱2次,条带4洗脱3次,条带3洗脱4次,条带2洗脱5次,marker为protein rulerⅡ,条带1为纯化后ComQ蛋白的条带,蛋白分子量与理论分子量相符,且蛋白纯度较高,可用于后续研究。
(3)利用离子交换层析对目的蛋白进行进一步分离纯化
先用Buffer B(20mM Tris-HCl,1M NaCl,2mMβ-Me,pH8.0,0.22μm滤膜过滤)清洗阴离子交换柱(Hi Trap Q,5mL),洗去离子柱中残留的杂蛋白,再用Buffer A(20mM Tris-HCl,2mMβ-Me,pH8.0,0.22μm滤膜过滤)洗去柱子中的盐离子,平衡柱子后将镍柱纯化后的蛋白溶液用Buffer A稀释3倍后灌入离子交换柱,用Buffer B、Buffer A的混合液对目的蛋白进行梯度洗脱,Buffer B的含量从0至100%递增;在280nm波长下监测蛋白并收集目标样品。根据洗脱峰谱图,选择样品用15wt%的SDS-聚丙烯酰氨凝胶电泳进行检测分析,结果见图2,根据检测结果回收目的蛋白,浓缩至5mL备用,图中斜线表示氯化钠的浓度,其变化范围为:0-1mol/L。
(4)利用凝胶过滤层析法再次纯化目的蛋白
将凝胶过滤柱(HiLoadTM 16/600,SuperdexTM 200pg)装到AKTA层析仪上,用200mL超纯水清洗层析柱,然后用200mL凝胶过滤缓冲液(20mM Tris-HCl,150mM NaCl,2mMβ-Me,0.22μm滤膜过滤)平衡层析柱后进样,流速为0.5mL/min,在280nm波长下监测蛋白并收集目标样品。根据洗脱峰谱图,选择对应蛋白样品用15wt%的SDS-聚丙烯酰氨凝胶电泳进行检测分析,结果见图3,根据检测结果回收3-12号条带对应的目的蛋白,浓缩后保存备用。图3中右上侧图为浓缩后取1μL蛋白进行电泳检测的结果,浓缩后的蛋白保存备用。
上述实施例只是用于对本发明的举例和说明,而非意在将本发明限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是,本发明不局限于上述实施例,根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改,这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围内。

Claims (5)

1.一种表达异戊烯基转移酶ComQ的基因工程菌的构建方法,其特征在于,包括如下步骤:
(1)设计异戊烯基转移酶ComQ的引物
根据异戊烯基转移酶ComQ的碱基序列,以及载体pProEX-HTa的多克隆酶切位点,设计上下游引物并引入酶切位点;
(2)扩增异戊烯基转移酶ComQ目的基因
以解淀粉芽孢杆菌基因组为模板,向体系中加入上下游引物、Taq DNA聚合酶及缓冲液,进行PCR反应,切胶回收PCR产物;
(3)酶切酶连法构建重组质粒
将PCR产物和pProEX-HTa质粒用限制性内切酶进行双酶切,回收酶切产物,用连接酶将载体与目的基因连接得到重组质粒,用化学转化法将重组质粒转入大肠杆菌DH5α感受态细胞中,在含有氨苄霉素的LB固体培养基中过夜培养;
(4)重组质粒的鉴定
挑取步骤(3)中单菌落接种于含有氨苄霉素的LB培养基中,恒温震荡培养后提质粒,利用双酶切方法初步检测并将质粒进行测序;
(5)化学转化法构建基因工程菌株
将测序成功的重组质粒用化学转化法转入E.coli BL21感受态细胞中,涂布于含氨苄霉素的LB固体培养基上,过夜培养,挑取单菌落接种于含氨苄霉素的LB液体培养基中,恒温过夜培养后保存,即得表达异戊烯基转移酶ComQ的基因工程菌。
2.如权利要求1所述的表达异戊烯基转移酶ComQ的基因工程菌的构建方法,其特征在于,所述的上下游引物分别为F-ComQ:5’-GGGCCATGGATATGTGTTTAGATGCCGAA-3’、5’-GGGTCTAGATTATTTTTCATCCTCCTCTAA-3’。
3.如权利要求1所述的表达异戊烯基转移酶ComQ的基因工程菌的应用,其特征在于,利用所述的基因工程菌体外表达异戊烯基转移酶ComQ。
4.如权利要求3所述的表达异戊烯基转移酶ComQ的基因工程菌的应用,其特征在于,具体步骤如下:
(1)制备目的蛋白粗提液
将菌种接种到含有氨苄霉素的液体LB培养基中,震荡培养后,加入异丙基硫代半乳糖苷诱导,随后收集菌体,缓冲溶液悬浮后超声破碎,离心、保存上清液作为粗提液备用;
(2)利用金属离子螯合层析对目的蛋白的粗提液进行初步分离纯化
将处理好的填料灌入低压层析柱中,用Washing buffer平衡柱子后加入粗提液,使目的蛋白与填料充分结合,然后用Washing buffer对杂蛋白进行洗脱,最终用Elutionbuffer将目的蛋白洗脱收集,利用SDS-聚丙烯酰氨凝胶电泳检测蛋白纯化效果;
(3)利用离子交换层析对目的蛋白进行分离纯化
先用高盐浓度的Buffer B清洗离子柱中残留的杂蛋白,再用Buffer A洗去柱子中的盐离子,平衡柱子后将镍柱纯化后的蛋白溶液灌入离子交换柱,用Buffer B、Buffer A的混合液对目的蛋白进行梯度洗脱,根据洗脱峰谱图,选择样品用SDS-聚丙烯酰氨凝胶电泳进行检测分析,根据检测结果回收目的蛋白,浓缩备用;
(4)利用凝胶过滤层析法再次纯化目的蛋白
用凝胶过滤缓冲液平衡层析柱后进样,并对目的蛋白进行洗脱,根据洗脱峰谱图,选择对应蛋白样品用SDS-聚丙烯酰氨凝胶电泳进行检测分析,根据检测结果回收对应的目的蛋白,浓缩后保存备用。
5.如权利要求4所述的表达异戊烯基转移酶ComQ的基因工程菌的应用,其特征在于,步骤(1)所述菌种的接种量为1vt%。
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