CN113736816B - 将文字信息展示在细胞表面的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了将文字信息展示在细胞表面的方法，其步骤包括：用氨基酸对字母进行编码，将用字母表示的文字信息转换成氨基酸序列；将氨基酸序列转换成对应的编码DNA序列；将锚定蛋白的编码DNA与步骤(2)中的编码DNA序列和验证蛋白基因融合为一个融合基因，将该融合基因构建到载体中；将载体转化到毕赤酵母感受态细胞中；查验毕赤酵母中验证蛋白的表达情况。本发明将带有信息的蛋白质展示在毕赤酵母细胞表面。其好处是信息不仅可以通过DNA测序读取，也可以通过蛋白质对应的氨基酸序列进行读取。即使DNA被损坏，仍然不影响信息的读取。

Description

将文字信息展示在细胞表面的方法
技术领域
本发明涉及将文字信息以蛋白质的形式展示在细胞表面的方法，属于信息存储技术领域。
背景技术
现有的DNA信息存储技术只是将DNA或蛋白质作为信息存储的介质。但是并没有将蛋白质展示在细胞表面上。如果是只以DNA为信息存储介质，若是DNA被损坏了，数据就不能恢复了。如果以蛋白质为信息存储的介质，但是蛋白质没有被展示在细胞表面上，则蛋白质只能分布在细胞内部，不能在细胞表面将信息破译，只能通过破碎细胞将细胞内部的DNA或蛋白质提取出来才能对信息破译。
发明内容
本发明的目的是提供一种可以将文字信息以蛋白质的形式展示在细胞表面的方法及其应用。
本发明采取的技术方案为：
一种将文字信息展示在细胞表面的方法，其步骤包括：
(1)用氨基酸对字母进行编码，将用字母表示的文字信息转换成氨基酸序列；
(2)将步骤(1)中的氨基酸序列转换成对应的编码DNA序列；
(3)将如SEQ ID No.3所示的锚定蛋白的编码DNA与步骤(2)中的编码DNA序列和验证蛋白基因融合为一个融合基因，将该融合基因构建到载体中；
(4)将载体转化到毕赤酵母感受态细胞中，筛选出含有多拷贝融合基因的阳性毕赤酵母菌，得到表面展示文字信息的毕赤酵母；
(5)查验毕赤酵母中验证蛋白的表达情况，如果表达，则说明该毕赤酵母表面已经展示了文字信息。
优选的，所述验证蛋白为β-半乳糖苷酶，β-半乳糖苷酶编码DNA的序列如SEQ IDNo.4所示。
优选的，步骤(3)中将瞄定蛋白、文字信息与β-半乳糖苷酶的编码DNA信息融合成一个融合基因，两端加上载体同源臂序列，文字信息作为瞄定蛋白与β-半乳糖苷酶之间的连接肽或连接肽的一部分，形成瞄定蛋白-文字信息-β-半乳糖苷酶的结构，或者连接在瞄定蛋白-β-半乳糖苷酶的后面，形成瞄定蛋白-β-半乳糖苷酶-文字信息的结构。
本发明具有以下有益效果：
本发明将文字信息转化成氨基酸信息，然后将其再转换成DNA信息，再将带有信息的DNA与毕赤酵母锚定蛋白基因和β-半乳糖苷酶基因融合。融合基因被转化入毕赤酵母，后经毕赤酵母表达系统表达成蛋白质。带有信息的蛋白质被展示在毕赤酵母细胞表面。其好处是信息不仅可以通过DNA测序读取，也可以通过蛋白质对应的氨基酸序列进行读取。即使DNA被损坏，仍然不影响信息的读取。而且，此蛋白质信息被展示在毕赤酵母细胞表面后，可以通过β-半乳糖苷酶的催化作用证明其存在。也可以通过融合蛋白的性质对其进行分类。可以在细胞表面对信息进行破译，省去了细胞破碎后提取DNA或蛋白质的繁琐过程。
附图说明
图1：本发明与现有技术相比的流程对照图。
图2：全细胞催化乳糖产生低聚半乳糖的跑胶图片，图中标记A：实施例1；B：实施例2；C：实施例3；D：实施例4；E：1％α-乳糖对照；F：2％α-乳糖对照；G：3％α-乳糖对照；H：4％α-乳糖对照；I：低聚半乳糖标准样对照；J：单糖对照。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为实现预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。附图1可以展示本发明与现有技术相比的流程对照。
实施例1一种可以将文字信息以蛋白质的形式展示在毕赤酵母细胞表面的方法及其应用，包括如下步骤：
(1)将英文名字“YOUMINZHU”按下表转换成氨基酸信息(SEQ ID No.1)，每两个氨基酸代码一个字母，也可以采用其他编码方式，例如采用三个氨基酸或更多氨基酸代码一个字母；
本实施例采用的编码表如下：
(2)将氨基酸信息再转换成DNA信息(SEQ ID No.2)；
(3)将改良的锚定蛋白的序列(SEQ ID No.3)、名字信息序列(SEQ ID No.2)和β-半乳糖苷酶序列(SEQ ID No.4)融合为一个基因(SEQ ID No.5)，融合基因两端含有载体同源臂序列，DNA信息序列作为锚定蛋白和β-半乳糖苷酶序列之间的连接肽；
(4)化学合成SEQ ID No.5所示的锚定蛋白的序列、DNA信息序列和β-半乳糖苷酶序列的融合序列。融合序列两端包括毕赤酵母表达载体pPIC9K的EcoRI酶切位点两侧的同源臂；
(5)载体pPIC9K经EcoRI单酶切，酶切体系如下：
(6)将融合序列与酶切后的pPIC9K载体重组，得到的重组表达载体，50℃反应2h，
重组体系如下：
(7)将重组产物转化入大肠杆菌Top10感受态细胞；
(8)涂布含氨苄青霉素的平板；
(9)设计菌检引物：上游引物PF1:TCAAGTCATGCACCCACATCT，下游引物PR1:TGGAAATTCACCACTGAAGATCA；
(10)PCR检测阳性克隆；
(11)扩大培养并用质粒小提试剂盒抽提质粒；
(12)质粒用SacI酶切线性化，酶切体系如下：
(13)跑1％的agarose琼脂糖凝胶确认重组质粒完全线性化；
(14)将线性化的质粒电转化入毕赤酵母感受态细胞中，200-240rpm条件下进行摇床培养2h，6000rpm离心3min收集菌体；
(15)将菌体涂布在His缺陷平板上培养2-3天，挑选阳性单菌落；
(16)通过3-5mg/mL G418的平板筛选出含有多拷贝融合基因的毕赤酵母菌，得到表面展示信息蛋白的毕赤酵母P.pastoris-Info；
(17)将展示果糖基转移酶的毕赤酵母转接入含有10-15mL BMGY培养基带透气塞的50mL离心管，在28℃，200-240rpm条件下进行摇床培养至OD600＝1-5；
(18)6000rpm离心3min收集菌体；
(19)菌体重悬于BMM培养基，200-240rpm条件下进行摇床培养，每24h加0.5％甲醇诱导，培养5-7天；
(20)6000rpm离心3min收集菌体；
(21)加热配备60％乳糖溶液，调pH至7,加入表面展示信息蛋白的毕赤酵母P.pastoris-Info(20-40g菌体/kg乳糖)，加热至55-60℃，搅拌反应10-15h，获得转化率>80％的低聚半乳糖转化液；
(22)TLC产物分析得到图片后拍照，说明信息被展示在毕赤酵母表面。
实施例2一种可以将文字信息以蛋白质的形式展示在毕赤酵母细胞表面的方法及其应用，包括如下步骤：
(1)将英文名字“YOUMINZHU”转换成氨基酸信息(SEQ ID No.1)；
(2)将氨基酸信息再转换成DNA信息(SEQ ID No.2)；
(3)将改良的锚定蛋白的序列(SEQ ID No.3)、名字信息序列(SEQ ID No.2)、连接肽序列(SEQ ID No.6)和β-半乳糖苷酶序列(SEQ ID No.4)融合为一个基因(SEQ IDNo.7)，融合基因两端含有载体同源臂序列，DNA信息序列作为锚定蛋白和β-半乳糖苷酶序列之间的连接肽的一部分；
(4)化学合成SEQ ID No.7所示的锚定蛋白的序列、DNA信息序列、连接肽序列和β-半乳糖苷酶序列的融合序列。融合序列两端包括毕赤酵母表达载体pPIC9K的EcoRI酶切位点两侧的同源臂；
(5)载体pPIC9K和SEQ ID No.7所示的融合序列均经EcoRI和Not1双酶切，酶切体系如下：
(6)将酶切后的融合序列与pPIC9K载体连接，得到的重组表达载体，连接体系如下：
(7)将连接产物转化入大肠杆菌Top10感受态细胞；
(8)涂布含氨苄青霉素的平板；
(9)设计菌检引物：上游引物PF1:TCAAGTCATGCACCCACATCT，下游引物PR1:TGGAAATTCACCACTGAAGATCA；
(10)PCR检测阳性克隆；
(11)扩大培养并用质粒小提试剂盒抽提质粒；
(12)质粒用SacI酶切线性化，酶切体系如下：
(13)跑1％的agarose琼脂糖凝胶确认重组质粒完全线性化；
(14)将线性化的质粒电转化入毕赤酵母感受态细胞中，200-240rpm条件下进行摇床培养2h，6000rpm离心3min收集菌体；
(15)将菌体涂布在His缺陷平板上培养2-3天，挑选阳性单菌落；
(16)通过3-5mg/mL G418的平板筛选出含有多拷贝融合基因的毕赤酵母菌，得到表面展示信息蛋白的毕赤酵母P.pastoris-Info；
(17)将展示信息蛋白的毕赤酵母转接入含有10-15mL BMGY培养基带透气塞的50mL离心管，在28℃，200-240rpm条件下进行摇床培养至OD600＝1-5；
(18)6000rpm离心3min收集菌体；
(19)菌体重悬于BMM培养基，200-240rpm条件下进行摇床培养，每24h加0.5％甲醇诱导，培养5-7天；
(20)6000rpm离心3min收集菌体；
(21)加热配备60％乳糖溶液，调pH至7,加入表面展示信息蛋白的毕赤酵母P.pastoris-Info(20-40g菌体/kg乳糖)，加热至55-60℃，搅拌反应10-15h，获得转化率>80％的低聚半乳糖转化液；
(22)TLC产物分析得到图片后拍照，说明信息被展示在毕赤酵母表面。
实施例3一种可以将文字信息以蛋白质的形式展示在毕赤酵母细胞表面的方法及其应用，包括如下步骤：
(1)将英文名字“YOUMINZHU”转换成氨基酸信息(SEQ ID No.1)；
(2)将氨基酸信息再转换成DNA信息(SEQ ID No.2)；
(3)化学合成改良的锚定蛋白的序列(SEQ ID No.3)，并在前端加上载体同源臂序列；
(4)化学合成名字信息序列和连接肽序列的融合序列(SEQ ID No.8)，并在前后加上同源臂序列；
(5)化学合成改良的β-半乳糖苷酶序列(SEQ ID No.4)，并在后端加上载体同源臂序列；
(6)载体pPIC9K经EcoRI和Not1双酶切，酶切体系如下：
(7)将酶切后的pPIC9K载体与锚定蛋白、名字信息-连接肽序列和β-半乳糖苷酶重组，得到的重组表达载体，重组体系如下：
(8)将重组产物转化入大肠杆菌Top10感受态细胞；
(9)涂布含氨苄青霉素的平板；
(10)设计菌检引物：上游引物PF1:TCAAGTCATGCACCCACATCT，下游引物PR1:TGGAAATTCACCACTGAAGATCA；
(11)PCR检测阳性克隆；
(12)扩大培养并用质粒小提试剂盒抽提质粒；
(13)质粒用SacI酶切线性化，酶切体系如下：
(14)跑1％的agarose琼脂糖凝胶确认重组质粒完全线性化；
(15)将线性化的质粒电转化入毕赤酵母感受态细胞中，200-240rpm条件下进行摇床培养2h，6000rpm离心3min收集菌体；
(16)将菌体涂布在His缺陷平板上培养2-3天，挑选阳性单菌落；
(17)通过3-5mg/mL G418的平板筛选出含有多拷贝融合基因的毕赤酵母菌，得到表面展示信息蛋白的毕赤酵母P.pastoris-Info；
(18)将展示信息蛋白的毕赤酵母转接入含有10-15mL BMGY培养基带透气塞的50mL离心管，在28℃，200-240rpm条件下进行摇床培养至OD600＝1-5；
(19)6000rpm离心3min收集菌体；
(20)菌体重悬于BMM培养基，200-240rpm条件下进行摇床培养，每24h加0.5％甲醇诱导，培养5-7天；
(21)6000rpm离心3min收集菌体；
(22)加热配备60％乳糖溶液，调pH至7,加入表面展示信息蛋白的毕赤酵母P.pastoris-Info(20-40g菌体/kg乳糖)，加热至55-60℃，搅拌反应10-15h，获得转化率>80％的低聚半乳糖转化液；
(23)TLC产物分析得到图片后拍照，说明信息被展示在毕赤酵母表面。
实施例4一种可以将文字信息以蛋白质的形式展示在毕赤酵母细胞表面的方法及其应用，包括如下步骤：
(1)将英文名字“YOUMINZHU”转换成氨基酸信息(SEQ ID No.1)；
(2)将氨基酸信息再转换成DNA信息(SEQ ID No.2)；
(3)化学合成改良的锚定蛋白的序列(SEQ ID No.3)，并在前端加上载体同源臂序列；
(4)化学合成改良的β-半乳糖苷酶序列(SEQ ID No.4)，并在前端加上锚定蛋白的同源臂序列，后端加上名字信息序列(SEQ ID No.2)；
(5)载体pPIC9K经EcoRI和Not1双酶切，酶切体系如下：
(6)将酶切后的pPIC9K载体与锚定蛋白基因、β-半乳糖苷酶-名字信息序列重组，得到重组表达载体，重组体系如下：
(7)将重组产物转化入大肠杆菌Top10感受态细胞；
(8)涂布含氨苄青霉素的平板；
(11)设计菌检引物：上游引物PF1:TCAAGTCATGCACCCACATCT，下游引物PR1:TGGAAATTCACCACTGAAGATCA；
(12)PCR检测阳性克隆；
(13)扩大培养并用质粒小提试剂盒抽提质粒；
(14)质粒用SacI酶切线性化，酶切体系如下：
(15)跑1％的agarose琼脂糖凝胶确认重组质粒完全线性化；
(16)将线性化的质粒电转化入毕赤酵母感受态细胞中，200-240rpm条件下进行摇床培养2h，6000rpm离心3min收集菌体；
(17)将菌体涂布在His缺陷平板上培养2-3天，挑选阳性单菌落；
(18)通过3-5mg/mL G418的平板筛选出含有多拷贝融合基因的毕赤酵母菌，得到表面展示信息蛋白的毕赤酵母P.pastoris-Info；
(19)将展示信息蛋白的毕赤酵母转接入含有10-15mL BMGY培养基带透气塞的50mL离心管，在28℃，200-240rpm条件下进行摇床培养至OD600＝1-5；
(20)6000rpm离心3min收集菌体；
(21)菌体重悬于BMM培养基，200-240rpm条件下进行摇床培养，每24h加0.5％甲醇诱导，培养5-7天；
(22)6000rpm离心3min收集菌体；
(23)加热配备60％乳糖溶液，调pH至7,加入表面展示信息蛋白的毕赤酵母P.pastoris-Info(20-40g菌体/kg乳糖)，加热至55-60℃，搅拌反应10-15h，获得转化率>80％的低聚半乳糖转化液；
(24)TLC产物分析得到图片后拍照，说明信息被展示在毕赤酵母表面。
以上实施例及乳糖对照的TLC产物照片如图2所示。
以上实验结果表明，本方法能将文字信息以蛋白质的形式展示在毕赤酵母表面，可以作为信息存储的方式。当DNA遭受破坏时，信息还可以通过蛋白质还原。以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简介修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (2)

1.一种将文字信息展示在细胞表面的方法，其特征在于其步骤包括：
(1)用氨基酸对字母进行编码，将用字母表示的文字信息转换成氨基酸序列；
(2)将步骤(1)中的氨基酸序列转换成对应的编码DNA序列；
(3)将如SEQ ID No.3所示的锚定蛋白的编码DNA与步骤(2)中的编码DNA序列和验证蛋白基因融合为一个融合基因，将该融合基因构建到载体中；
(4)将载体转化到毕赤酵母感受态细胞中，筛选出含有多拷贝融合基因的阳性毕赤酵母菌，得到表面展示文字信息的毕赤酵母；
(5)查验毕赤酵母中验证蛋白的表达情况，如果表达，则说明该毕赤酵母表面已经展示了文字信息；
其中所述验证蛋白为β-半乳糖苷酶，其编码DNA的序列如SEQ IDNo.4所示。
2.根据权利要求1所述的将文字信息展示在细胞表面的方法，其特征在于：步骤(3)中将锚定蛋白、文字信息与β-半乳糖苷酶的编码DNA信息融合成一个融合基因，两端加上载体同源臂序列，文字信息作为锚定蛋白与β-半乳糖苷酶之间的连接肽或连接肽的一部分，形成锚定蛋白-文字信息-β-半乳糖苷酶的结构，或者连接在锚定蛋白-β-半乳糖苷酶的后面，形成锚定蛋白-β-半乳糖苷酶-文字信息的结构。
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