CN111088208A - 基于标签mbp蛋白高产磷脂酶b的重组大肠杆菌及其构建与培养方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了基于标签MBP蛋白高产磷脂酶B的重组大肠杆菌及其构建与培养方法。本发明选取来自Pseudomonas fluorescens 的磷脂酶B基因PLB,经密码子优化后,重组菌经破碎后得到的粗酶液中目标蛋白多以包涵体形式存在,通过添加标签MBP蛋白融合表达明显的提高了PLB蛋白的可溶性表达,与原始菌株相比,酶活提高了约4倍。最终通过对重组菌株产酶条件的研究,确定了产酶的最佳条件,在最佳条件下,PLB酶活可达到465 U/mg,较原始酶活提高了约23倍。
Description
技术领域
本发明属于微生物技术领域,具体涉及基于标签MBP蛋白高产磷脂酶B的重组大肠杆菌及其构建与培养方法。
背景技术
磷脂酶 B 的应用是将磷脂水解为各类小分子物质,如氨基酸、乙醇胺等,以满足工业应用上的需求。目前磷脂酶 B 被应用在很多方面,例如在动物饲料中的应用、医疗上的应用、制作面包、蛋黄、植物油和大豆原油中的精炼等方面。(1)在动物饲料中添加磷脂酶B,可以促进磷脂被分解转化为小分子易被吸收消化的物质,可以使动物的生长速度加快;另外一个方面是磷脂酶 B 可以将磷脂水解为溶血磷脂,成为性能很好的乳化剂,改善了动物在生长发育过程中饲料的利用率,节约投入的成本;(2)磷脂酶 B 属于抗菌消炎及抗过敏的酶类,可以作用于神经或者肌肉,能抵抗病毒的感染,在一些皮肤病上的治疗也有很好的效果;此外磷脂酶 B 可以用于化妆品中,可以加快受损皮肤的重生,降解掉已经被破坏的脂肪酸分子链,去除坏死组织,在化妆品中的开发应用中越来越普遍,越来越多的企业已经将磷脂酶 B 作为主要的研究对象。
蛋白标签一般是指与目的蛋白一起融合表达的多肽或者蛋白,其用途一般有(1)便于目的蛋白的纯化,(2)增加目的蛋白的可溶性表达和稳定性,(3)利于目的蛋白的检测和体内示踪等。随着科研的需求和技术的不断发展,研究人员相继开发出了具有各种不同功能的蛋白标签。目前,这些蛋白标签已在基础研究和商业化产品生产等方面得到了广泛的应用。
由于磷脂酶 B 具有的巨大商业价值,人们对于磷脂酶 B 开展了广泛而深入的研究,近年来,随着磷脂酶 B 的应用范围逐渐扩大,研究者愈加重视对磷脂酶 B 的制备研究。国内目前主要侧重于直接筛选产磷脂酶的野生菌,通过发酵优化提高表达水平。司武阳等研究者筛选出高产磷脂酶的菌株,并从不同的影响因素如碳源、复合氮源等对该菌发酵产酶的最佳条件进行探究,最高酶活达到 18.6 U/mg;付建红等研究者通过超低温和碱性条件筛选得到高产磷脂酶的菌株,经过摇瓶发酵条件优化,磷脂酶活力最高达到 17.5 U/mg。同时研究了一些磷脂酶基因的同源表达和异源表达,国内延晋雷等研究者在大肠杆菌中克隆表达了来源于液化沙雷氏菌的磷脂酶基因,经过发酵得到的胞外磷脂酶酶活为128.7U/mg。国外主要研究了磷脂酶基因在异源宿主系统进行表达,来源于米曲霉、酿酒酵母、粗糙脉孢菌的磷脂酶基因,已经成功克隆表达。虽然国内外研究者关于磷脂酶筛选及重组表达产酶的报道近年来逐渐增多,但其产酶表达水平还亟待提高来适应工业化生产。
发明内容
针对现有技术的不足,本发明的目的在于提供基于标签MBP蛋白高产磷脂酶B的重组大肠杆菌及其构建与培养方法,该重组菌株将标签MBP与磷脂酶B的基因构建在一起,导入宿主菌株后,利用标签MBP蛋白提高磷脂酶B目标蛋白的可溶性表达后,提高了磷脂酶B的产量,结合特定的培养方法,所得菌株产磷脂酶B的酶活力,适合大规模工业化生产。
基于标签MBP蛋白高产磷脂酶B的重组大肠杆菌,以质粒pET28a-PLB 为模板,通过PCR 扩增基因片段PLB,将带有标签MBP蛋白的质粒pMal-c5x与磷脂酶B基因PLB共同表达后得质粒pMal-c5x-PLB,转化至大肠杆菌BL21(DE3)得重组大肠杆菌BL21(DE3)/pMal-c5x-PLB,所述磷脂酶B的基因来源于Pseudomonas fluorescens。
上述基于标签MBP蛋白高产磷脂酶B的重组大肠杆菌的构建方法,包括以下步骤:
第一步,将磷脂酶B基因PLB基因密码子优化后交由思普金生物科技有限公司合成于载体pET-28a的NcoI/XhoI酶切位点之间,转入大肠杆菌Trans1-T1,经过LB平板初筛后,挑点进行菌落PCR验证后测序;
第二步,以质粒pET28a-PLB 为模板,通过PCR 扩增基因片段PLB,将获得的PLB片段连接到载体pMal-c5x 的NcoI/BamH I 酶切位点间,转入大肠杆菌Trans1-T1,经过LB平板初筛后,挑点进行菌落PCR验证后测序;
第三步,提取pMal-c5x-PLB质粒,转入大肠杆菌BL21(DE3),即构建成功BL21(DE3)/pMal-c5x-PLB。
上述基于标签MBP蛋白高产磷脂酶B的重组大肠杆菌的培养方法,包括以下步骤:
步骤1,挑选重组大肠杆菌BL21(DE3)/pMal-c5x-PLB于含有50 mg/L氨苄霉素的5 mLLB 培养基中,37℃、200rpm条件下振荡至OD600≈1,然后全部转接至新鲜50 mg/L氨苄霉素的100 mL LB培养基中继续培养至OD600≈0.4~0.8;
步骤2,加入IPTG 0.2~0.5mmol/L,20~25℃下诱导表达8~10h;
步骤3,收集发酵液中的菌体,沉淀用PBS清洗两次后,再将细胞超声破碎,破碎后的悬浊液在4℃,12000 rpm 的条件下离心,最后将上清粗酶液去除MBP标签后纯化进行酶活测定。
作为改进的是,步骤3中去除MBP标签用的酶为Factor Xa 蛋白酶。
作为改进的是,步骤3中离心的速度为6000~8000rpm,离心时间为8~10min。。
有益效果:
与现有技术相比,本发明基于标签MBP蛋白高产磷脂酶B的重组大肠杆菌及其培养方法具有如下优势:
1、目前国内已知报道的磷脂酶 B 酶活最佳可达到128.7U/mg,而采用此方法生酶活可达到465U/mg,可满足大规模工业生产要求。
2、通过添加标签MBP蛋白融合表达明显的提高了PLB在大肠杆菌中的可溶性表达,与原始菌株相比,酶活提高了约4倍。
3、探索产酶条件,在最适产酶条件下,酶活可以达到465U/mg,与原始菌株相比,酶活提高了约23倍。
附图说明
图1为质粒pET28a-PLB构建图谱;
图2为BL21(DE3)/pET28a-PLB 菌株PLB表达情况;
图3为添加标签MBP蛋白融合表达的酶活情况;
图4为不同OD条件下诱导表达下酶活情况;
图5为不同浓度IPTG诱导下的酶活情况;
图6为不同温度下诱导表达下的酶活情况;
图7为不同诱导时间下的酶活情况。
具体实施方式
以下通过具体实施方式的描述对本发明作进一步说明,但这并非是对本发明的限制,本领域技术人员根据本发明的基本思想,可以做出各种修改或改进,但是只要不脱离本发明的基本思想,均在本发明的范围之内。
以下实施例中用到所有材料均为常规材料,属于商业化产品,可直接购买。
实施例1 基于标签MBP蛋白高产磷脂酶B的重组大肠杆菌的构建
1.1 BL21(DE3)/pET28a-PLB菌株的构建
选取来自Pseudomonas fluorescens 的PLB 基因,经常规密码子优化后,交由思普金生物科技有限公司合成于载体pET-28a的NcoI/XhoI酶切位点之间,构建质粒pET28a-PLB,其质粒图谱如图1所示。
将重组质粒pET28a-PLB 转化大肠杆菌Trans1-T1,PCR筛选阳性菌株Trans1-T1-pET28a-PLB并进行DNA测序,验证重组质粒构建正确。
将阳性菌株接种至5ml LB/AmpR 液体培养基,所述LB/AmpR 液体培养基组成为:蛋白胨10g/L、酵母粉5g/L、氯化钠5g/L,于37℃、200rpm 条件下振荡培养过夜,24小时后按照天根质粒提试剂盒操作说明提取质粒pET28a-PLB,取2μL pET28a-PLB质粒转化大肠杆菌BL21(DE3),PCR 筛选阳性菌株。
1.2 BL21(DE3)/pET28a-PLB菌株的诱导表达及SDS-PAGE 验证
将阳性菌株接种至5ml LB/KanR 液体培养基,于37℃、200rpm 条件下振荡培养至OD600≈1,再按10:100的比例接种于100mL新鲜的LB/AmpR 液体培养基,37℃、200rpm 条件下振荡培养至OD600≈0.6,加入0.5 mmol/L IPTG,28℃的条件下诱导12h进行表达,通过离心(6000~8000 rpm,8~10min),收集发酵液中的菌体,用PBS清洗两次后,将细胞超声破碎,破碎后的悬浊液在4℃,12000 rpm 的条件下离心,得到的沉淀和上清液分别进行SDS-PAGE验证,其SDS-PAGE 胶图如图2所示,目的蛋白在该表达过程中形成了大量的包涵体,将上清粗酶液采用镍柱纯化蛋白的方法纯化后进行酶活测定,发现酶活较低,故我们后面采用标签融合蛋白与质粒共表达来帮助目标蛋白表达。所述LB/AmpR液体培养基的组成为:蛋白胨10g/L、酵母粉5g/L、氯化钠5g/L。
1.3 标签MBP蛋白与PLB共表达菌株的构建及诱导表达
以构建好的质粒pET28a-PLB 为模板,通过PCR 扩增基因片段PLB,得到的序列经1%琼脂糖凝胶电泳后回收相应片段。将该序列与表达载体pMal-c5x用Takara 公司的Nco I 和BamH I酶切,酶切反应体系为:10×buffer H 1μl,Nco I 1μl,BamH I 1μl,基因片段或pMal-c5x载体7μl。酶切体系先于30℃件下反应1小时,再于37℃条件下反应1小时。将酶切产物连接,反应体系为:10×Ligase buffer 1μl,T4 DNA Ligase(Takara)1μl,基因片段7μl,载体1μl。连接于25℃反应3小时。将连接产物转化大肠杆菌Trans1-T1。PCR 筛选阳性菌株Trans1-T1- pMal-c5x-PLB并进行DNA测序,验证重组质粒构建正确。
将阳性菌株接种至5ml LB/AmpR 液体培养基,所述LB/AmpR 液体培养基组成为:蛋白胨10g/L、酵母粉5g/L、氯化钠5g/L,于37℃、200rpm 条件下振荡培养过夜。24小时后按照天根质粒提试剂盒操作说明提取质粒pET28a-PLB。取2μL pET28a-PLB质粒转化大肠杆菌BL21(DE3),PCR 筛选阳性菌株。将阳性菌株接种至5ml LB/KanR 液体培养基,于37℃、200rpm 条件下振荡培养至OD600≈1,再按10:100的比例接种于100mL新鲜的LB/AmpR 液体培养基,37℃、200rpm 条件下振荡培养至OD600≈0.6,加入0.5 mmol/L IPTG,28℃的条件下诱导12h进行表达。过离心(6000~8000 rpm,8~10min),收集发酵液中的菌体,用PBS清洗两次后,将细胞超声破碎,破碎后的悬浊液在4℃,12000 rpm 的条件下离心,然后将上清粗酶液采用镍柱纯化蛋白的方法纯化后进行酶活测定。
酶活结果图如图3所示,与 MBP 蛋白融合表达后,目的蛋白的可溶性有所改善,原因是通过与目的蛋白表面易于聚集的部分相互作用,稳定了目的蛋白。在对其酶活的检测中发现,在MBP 标签存在的情况下,酶的活性较低,为51.41 U/mg,通过 Factor Xa 蛋白酶切割去除掉融合蛋白上的 MBP 标签后,酶的活性增加至86.98 U/mg。
实施例2 BL21(DE3)/pMal-c5x-PLB 菌株产酶条件优化
阳性菌株BL21(DE3)/pMal-c5x-PLB接种至含50 mg/L氨苄霉素5mlLB液体培养基,37℃、200rpm条件下振荡培养至OD600≈1。
按10:100的比例接种于含50mg/L氨苄霉素100mL的LB液体培养基(LB液体培养基的配方为:酵母粉,5 g/L;蛋白胨,10 g/L;NaCl,10 g/L),37℃、200rpm条件下振荡培养至OD600≈0.4~0.8(如图4所示,0.4~0.6之间其酶活都较好,但由图中可以看出在0D600为0.6时诱导,其产酶的酶活也最强)。
加入IPTG 0.2~0.5mmol/L(如图5所示,浓度为0.2~0.3mmol/L之间酶活较好,但是0.3mmol/L浓度的IPTG效果最佳);
在25~30℃(如图6所示,25~30℃之间酶活较好,28℃最佳)、200rpm 条件下振荡培养8~10h(如图7所示,诱导时长为9h时其产酶的酶活最强)。
收集发酵液中的菌体,离心(6000~8000rpm,8~10min),用PBS清洗两次后,将细胞超声破碎,破碎后的悬浊液在4℃,12000rpm的条件下离心,然后将上清粗酶液去除MBP标签后纯化进行酶活测定。酶活结果分别如图4-7所示,即当重组大肠杆菌BL21(DE3)/pMal-c5x-PLB培养至OD600≈0.6时,加入IPTG浓度 0.3 mmol/L,在28℃的条件下诱导表达9h,PLB 的活性最高。在最适产酶条件下,酶活可以达到465 U/mg。
Claims (5)
1.基于标签MBP蛋白高产磷脂酶B的重组大肠杆菌,其特征在于,以质粒pET28a-PLB 为模板,通过PCR 扩增基因片段PLB,将带有标签MBP蛋白的质粒pMal-c5x与磷脂酶B基因PLB共同表达后得质粒pMal-c5x-PLB,转化至大肠杆菌BL21(DE3)得重组大肠杆菌BL21(DE3)/pMal-c5x-PLB,所述磷脂酶B的基因来源于Pseudomonas fluorescens。
2.基于权利要求1所述的基于标签MBP蛋白高产磷脂酶B的重组大肠杆菌的构建方法,其特征在于,包括以下步骤:
第一步,将磷脂酶B基因PLB基因密码子优化后交由思普金生物科技有限公司合成于载体pET-28a的NcoI/XhoI酶切位点之间,转入大肠杆菌Trans1-T1,经过LB平板初筛后,挑点进行菌落PCR验证后测序;
第二步,以质粒pET28a-PLB 为模板,通过PCR 扩增基因片段PLB,将获得的PLB片段连接到载体pMal-c5x 的NcoI/BamH I 酶切位点间,转入大肠杆菌Trans1-T1,经过LB平板初筛后,挑点进行菌落PCR验证后测序;
第三步,提取pMal-c5x-PLB质粒,转入大肠杆菌BL21(DE3),即构建成功BL21(DE3)/pMal-c5x-PLB。
3.基于权利要求1所述的基于标签MBP蛋白高产磷脂酶B的重组大肠杆菌的培养方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤1,挑选重组大肠杆菌BL21(DE3)/pMal-c5x-PLB于含有50 mg/L氨苄霉素的5 mLLB 培养基中,37℃、200rpm条件下振荡至OD600≈1,然后全部转接至新鲜50 mg/L氨苄霉素的100 mL LB培养基中继续培养至OD600≈0.4~0.8;
步骤2,加入IPTG 0.2~0.5mmol/L,20~25℃下诱导表达8~10h;
步骤3,收集发酵液中的菌体,沉淀用PBS清洗两次后,再将细胞超声破碎,破碎后的悬浊液在4℃,12000 rpm 的条件下离心,最后将上清粗酶液去除MBP标签后纯化进行酶活测定。
4.根据权利要求3所述的基于标签MBP蛋白高产磷脂酶B的重组大肠杆菌的培养方法,其特征在于,步骤3中去除MBP标签用的酶为Factor Xa 蛋白酶。
5.根据权利要求3所述的基于标签MBP蛋白高产磷脂酶B的重组大肠杆菌的培养方法,其特征在于,步骤3中离心的速度为6000~8000rpm,离心时间为8~10min。
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20200501 |
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