CN110317800A - 一种用重组短芽孢杆菌生产磷脂酶d的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用重组短芽孢杆菌生产磷脂酶D的方法,以含有来源于Streptomyces antibioticus的PLD基因序列的质粒pUC57‑PLD anti为模板,扩增PLD基因;将PLD基因与载体PNCMO2连接得到质粒PNCMO2/PLD,然后转化进E.coli保存;随后从E.coli中提取质粒PNCMO2/PLD转化进B.choshinensis得到重组菌B.choshinensis/PNCMO2‑PLD,然后发酵培养,胞外表达PLD。本发明中的重组质粒稳定,细胞毒性小,可实现高密度胞外表达磷脂酶D。
Description
技术领域
本发明属于生物工程技术领域,具体涉及一种用重组短芽孢杆菌生产磷脂酶D的方法。
背景技术
磷脂酶D(EC 3.1.4.4,PLD)可以通过作用于磷酸二酯键,以磷脂为底物,根据受体的不同发生不同的反应,例如受体为水时发生水解反应,受体为醇类时发生转磷脂酰反应。其中,通过转磷脂酰反应,底物磷脂中可以引入各种各样的醇基,生成多种生物活性和药用价值的磷脂,例如将磷脂酰胆碱(PC)转化为磷脂酰丝氨酸(PS)、磷脂酰甘油(PG)和磷脂酰乙醇胺(PE)等(and Iwasaki 2013),被广泛用于食品和制药行业。此外,一些新的结构和功能磷脂,通过PLD转磷脂酰反应被合成出来,例如,磷脂酰鲨肝醇(Arranz-Martínez et al.2017)、磷脂酰葡萄糖(Song et al.2012)、心磷脂类似物(Muller etal.2012)、磷脂酰酪醇(Yamamoto et al.2011;Casado et al.2013)、磷脂酰萜烯(Yamamoto et al.2008a;Yamamoto et al.2008b;et al.2016)和磷脂酰丝氨醇(Dippe et al.2008)等,它们中一些具有抗癌和抗氧化活性。
工业应用和实验室研究中,用于转磷脂酰反应的PLD主要来自植物(黄瓜、卷心菜和花生)和放线菌(主要为链霉菌)。相较其它来源,它们显示出较高的转磷脂酰反应活性,而且来源易得。Dippe等(Dippe et al.2008)比较了PLDcab(来源卷心菜)和PLDstr(来源Streptomyces sp.)催化合成不同极性头磷脂的收率和纯度,在所有的反应中,相较PLDcab,PLDstr显示出明显更高的转磷脂酰反应活性。
受限于磷脂酶D来源不足和价格高(链霉菌属PLD,≥150units/mg,6516.9¥/1000U,Sigma),其工业上的广泛应用受到制约。目前PLD的最高产量由日本学者Ogino等(Ogino et al.2004)在2004年通过基因工程技术在重组变铅链霉菌分泌表达获得,达5.5×104U.L-1(118mg.L-1);国内,2013年,张莹等(张莹2013)借鉴相似的技术,在重组变铅链霉菌获得相当的表达量(58U/mL);最近5年,国内其他研究者选育优良菌株和优化培养基,PLD的产量在103U·L-1左右。而在大肠杆菌和酵母表达系统,由于重组PLD引起质粒不稳定、细胞裂解、合成时间短和酶泄露等问题,表现出严重的细胞毒性,难以实现高密度发酵表达(Iwasaki et al.1995;Mishima et al.1997;Zambonelli et al.2003)。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术缺陷,提供一种用重组短芽孢杆菌生产磷脂酶D的方法。
本发明的技术方案如下:
一种用重组短芽孢杆菌生产磷脂酶D的方法,包括如下步骤:
(1)以含有来源于Streptomyces antibioticus的PLD基因序列的质粒pUC57-PLDanti为模板,扩增PLD基因;将PLD基因与载体PNCMO2连接得到质粒PNCMO2/PLD,然后转化进E.coli保存;随后从E.coli中提取质粒PNCMO2/PLD转化进Brevibacillus.choshinensis得到重组菌B.choshinensis/PNCMO2-PLD;
上述扩增的引物为如SEQ ID NO 01所示的正向引物和如SEQ ID NO 02所示反向引物;
(2)将重组菌B.choshinensis/PNCMO2-PLD接种到含有94-105mM MgSO4的TM培养基,培养20-30h,获得一级种子;然后将一级种子接种到初始pH5.7~7.4的发酵培养基中,添加MgSO4至浓度为20~185mM,于29-31℃和110-130rpm的转速摇床进行培养,胞外表达得到磷脂酶D。
在本发明的一个优选实施方案中,所述E.coli为JM109。
在本发明的一个优选实施方案中,所述发酵培养基的组分为:葡萄糖28-31g/L,牛肉膏28-31g/L,酵母粉24-26g/L。
进一步优选的,所述发酵培养基的组分为:葡萄糖30g/L,牛肉膏30g/L,酵母粉25g/L。
在本发明的一个优选实施方案中,所述步骤(2)中,将重组菌B.choshinensis/PNCMO2-PLD接种到含有95-103mM MgSO4的TM培养基,培养20-30h,获得一级种子。
在本发明的一个优选实施方案中,所述步骤(2)中,所述发酵培养基的初始pH为5.8~7.3。
在本发明的一个优选实施方案中,所述步骤(2)中,添加MgSO4至浓度为20~180mM。
在本发明的一个优选实施方案中,所述步骤(2)中,于30℃和120rpm的转速摇床进行培养。
本发明的有益效果是:本发明中的重组质粒稳定,细胞毒性小,可实现高密度胞外表达磷脂酶D。
附图说明
图1为本发明实施例1中的质粒PNCMO2-PLD的构建图。
图2为本发明实施例2中B.choshinensis/PNCMO2-PLD表达磷脂酶D的活性图。
图3为本发明实施例3中金属离子对B.choshinensis表达磷脂酶D的影响图。
图4为本发明实施例4中MgSO4浓度对B.choshinensis表达磷脂酶D的影响图。
图5为本发明实施例5中葡萄糖对B.choshinensis表达磷脂酶D的影响图。
图6为本发明实施例6中牛肉膏对B.choshinensis表达磷脂酶D的影响图。
图7为本发明实施例7中酵母粉对B.choshinensis表达磷脂酶D的影响图。
图8为本发明实施例8中pH对B.choshinensis表达磷脂酶D的影响图。
具体实施方式
以下通过具体实施方式结合附图对本发明的技术方案进行进一步的说明和描述。
主要的实验材料:
质粒PNCMO2(含有组成型强启动子P2)(购自TRAKA公司),质粒PNCMO2-PLD由申请人保存。E.coli JM109(购自TRAKA公司),TM培养基,发酵培养基(葡萄糖30g/L,牛肉膏30g/L,酵母粉5g/L)。
实施例1.重组B.choshinensis/PNCMO2-PLD的构建
将来源于Streptomyces antibioticus的PLD基因序列(Genebank no.D16444),去掉信号肽序列,由生工生物工程(上海)股份有限公司全合成(质粒pUC57-PLD anti(具体见Xiong,W.;Zeng,X.;Ho,S.-H.;Ling,X.;Shen,L.;Yao,C.;Lu,Y.,Strategies forachieving high-level and stable production of toxic Streptomycesphospholipase D in Escherichia coli.Journal of Chemical Technology&Biotechnology 2019,94,1220-1229.))。以质粒pUC57-PLD anti为模板,以下述引物进行PCR扩增:
引物1ANTIPLDIF TGCTCTAGAGCGGACACACCGCCCACC(SEQ ID NO 01)
引物2ANTIPLDIR CCGGAATTCTCAGCCCGCCTGGCGAGCCGGGC(SEQ D NO 02)
上述PCR扩增合成PLD基因,然后与PNCMO2载体连接构建质粒如图1所示的质粒PNCMO2-PLD,并转化至E.coliJM109,得到E.coli/PNCMO2-PLD菌株;随后再将质粒PNCMO2-PLD转化进B.choshinensis得到B.choshinensis/PNCMO2-PLD。
实施例2.B.choshinensis/PNCMO2-PLD表达磷脂酶D
将重组B.choshinensis/PNCMO2-PLD在含有60mM MgSO4的TM培养基中培养,摇床温度30℃、转速120rpm;在24h和48h时取1mL菌液4℃冷冻离心,检测胞内和胞外的磷脂酶D活性。图2结果表明,胞内没有磷脂酶D活性;胞外在24h时PLD酶活为1.4U/mL,在48h时达到2.03U/mL,说明PLD通过B.choshinensis表达是可行的。
实施例3.不同金属离子对磷脂酶D表达的影响
在实施例2中发现,在不添加Mg2+的情况下重组B.choshinensis/PNCMO2-PLD在TM培养基中生长状况不稳定,原因可能在于P2启动子强度过高,PLD基因在B.choshinensis的生长前期大量表达,由于PLD的毒害作用,无法正常生长;Mg2+和Ca2+可以在一定程度上抑制P2强度,同时盐胁迫也可以减轻PLD对细胞的毒害压力,从而达到细胞在生长的同时也可以分泌表达PLD。基于以上情况,首先在含有100mM MgSO4的TM培养基中培养24h,得到一级种子;随后在添加不同金属离子(Mg2+、Ca2+、Na+、K+)至浓度100mM的发酵培养基(葡萄糖30g/L,牛肉膏30g/L,酵母粉5g/L)中培养,摇床温度30℃、转速120rpm;在培养48h时取1mL菌液4℃冷冻离心,取上清检测PLD活性。相对于对照组,Mg2+、Ca2+的添加有利于磷脂酶D的生产(图3)。
实施例4.不同Mg2+浓度对磷脂酶D表达的影响
选取实施例3中效果最好的Mg2+,进行最佳浓度的探讨。通过含有100mM MgSO4的TM培养基进行种子培养24h,然后取500μL的种子液,接种到含有不同浓度MgSO4的50mL发酵培养基的250mL摇瓶中,摇床温度30℃,120rpm。发酵培养48h时,取1mL菌液4℃冷冻离心,取上清测量磷脂酶D酶活。图4结果表明,随着Mg2+浓度的增加,PLD酶活也随之增加。在Mg2+浓度为140mM时,磷脂酶D活性最高达到5U/mL。
实施例5.葡萄糖对B.choshinensis表达磷脂酶D的影响
配制含有不同浓度葡萄糖的培养基,培养基成分:牛肉膏30g/L、酵母粉5g/L、MgSO4 140mM,葡萄糖浓度分别为10g/L、20g/L、30g/L、40g/L。将B.choshinensis/PNCMO2-PLD接种到含有100mM MgSO4的TM培养基培养24h,得到一级种子;然后取500μL的种子液,接种到含有50mL培养基的250mL摇瓶中,摇床温度30℃,转速120rpm,发酵培养48h时,取1mL菌液4℃冷冻离心,取上清测量磷脂酶D酶活。图5结果表明,在葡萄糖浓度30g/L时,PLD活性最高达到3.6U/mL。
实施例6.牛肉膏对B.choshinensis表达磷脂酶D的影响
基于实施例5,选取葡萄糖最佳浓度30g/L。配制含有不同浓度牛肉膏的培养基,培养基成分:葡萄糖30g/L、酵母粉5g/L、MgSO4 140mM,牛肉膏浓度分别为10g/L、20g/L、30g/L、40g/L。培养方法与实施例5一致。图6结果表明,PLD酶活随着牛肉膏的增加而增加,在30g/L时达到最高,3.9U/mL。
实施例7.酵母粉对B.choshinensis表达磷脂酶D的影响
基于实施例5和6,选取葡萄糖最佳浓度30g/L,牛肉膏最佳浓度30g/L,配制含有不同浓度酵母粉的培养基。培养基成分:葡萄糖30g/L、牛肉膏30g/L、MgSO4 140mM,酵母粉浓度分别为5g/L,10g/L、15g/L、20g/L、25g/L。培养方法与实施例5、6一致。图7结果表明,PLD酶活随着酵母粉的增加而增加,在25g/L时达到最高10.3U/mL。
实施例8.pH对B.choshinensis表达磷脂酶D的影响
基于实施例5、6和7,选取葡萄糖最佳浓度30g/L,牛肉膏最佳浓度30g/L,酵母粉25g/L,配制培养基成分:葡萄糖30g/L、牛肉膏30g/L、酵母粉25g/L、MgSO4 140mM,用NaOH调节初始pH为5.3、5.8、6.3、6.8、7.3。培养方法与实施例5、6、7一致。图8结果表明在初始pH为6.8时,PLD酶活最高为8U/mL。
以上所述,仅为本发明的较佳实施例而已,故不能依此限定本发明实施的范围,即依本发明专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰,皆应仍属本发明涵盖的范围内。
序列表
<110> 厦门大学
<120> 一种用重组短芽孢杆菌生产磷脂酶D的方法
<160> 2
<170> SIPOSequenceListing 1.0
<210> 1
<211> 27
<212> DNA
<213> Artifical Sequence
<400> 1
tgctctagag cggacacacc gcccacc 27
<210> 2
<211> 32
<212> DNA
<213> Artifical Sequence
<400> 2
ccggaattct cagcccgcct ggcgagccgg gc 32
Claims (8)
1.一种用重组短芽孢杆菌生产磷脂酶D的方法,其特征在于:包括如下步骤:
(1)以含有来源于Streptomyces antibioticus的PLD基因序列的质粒pUC57-PLD anti为模板,扩增PLD基因;将PLD基因与载体PNCMO2连接得到质粒PNCMO2/PLD,然后转化进E.coli保存;随后从E.coli中提取质粒PNCMO2/PLD转化进Brevibacillus.choshinensis得到重组菌B.choshinensis/PNCMO2-PLD;
上述扩增的引物为如SEQ ID NO 01所示的正向引物和如SEQ ID NO 02所示反向引物;
(2)将重组菌B.choshinensis/PNCMO2-PLD接种到含有94-105mM MgSO4的TM培养基,培养20-30h,获得一级种子;然后将一级种子接种到初始pH5.7~7.4的发酵培养基中,添加MgSO4至浓度为20~185mM,于29-31℃和110-130rpm的转速摇床进行培养,胞外表达得到磷脂酶D。
2.如权利要求1所述的制备方法,其特征在于:所述E.coli为JM109。
3.如权利要求1所述的制备方法,其特征在于:所述发酵培养基的组分为:葡萄糖28-31g/L,牛肉膏28-31g/L,酵母粉24-26g/L。
4.如权利要求3所述的制备方法,其特征在于:所述发酵培养基的组分为:葡萄糖30g/L,牛肉膏30g/L,酵母粉25g/L。
5.如权利要求1所述的制备方法,其特征在于:所述步骤(2)中,将重组菌B.choshinensis/PNCMO2-PLD接种到含有95-103mM MgSO4的TM培养基,培养20-30h,获得一级种子。
6.如权利要求1所述的制备方法,其特征在于:所述步骤(2)中,所述发酵培养基的初始pH为5.8~7.3。
7.如权利要求1所述的制备方法,其特征在于:所述步骤(2)中,添加MgSO4至浓度为20~180mM。
8.如权利要求1所述的制备方法,其特征在于:所述步骤(2)中,于30℃和120rpm的转速摇床进行培养。
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