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12月份经验教训总结
生产部:李新乐
大肠杆菌 E.coli 是基因工程中常用的表达工具,它不像真核基因表达系统那样可以对表达产物进行翻译后加工修饰,但是由于其遗传背景清楚,有多种表达载体、菌株和纯化系统,生长快,产量高,成本低,生产规模大和使用安全,操作简便,周期短,经济等很多优点,因此仍然是不可被替代的使用最为广泛的系统。
目标蛋白在大肠杆菌系统中表达的形式有两种:一种是在细胞内表现为可溶性的蛋白质,一种是在细胞内表现为不溶性的包涵体颗粒,即产物以包涵体的形式存在。
包涵体是外源基因在原核细胞中表达,尤其在大肠杆菌中高效表达时,形成的由膜包裹的高密度、不溶性、无活性蛋白质颗粒,显微镜下观察时为高折射区,与胞质中其他成分区别明显。包涵体一般含有50%以上的重组蛋白,其余成分为RNA聚合酶,核糖体元件,环状和缺口质粒DNA,外膜蛋白OmpC、OmpA和OmpF以及脂质、脂多糖、肽聚糖等。一般难溶于水,只溶于变性剂(如盐酸胍,尿素等)。
包涵体的形成比较复杂,不仅与宿主细胞,表达基因有关,与外界培养环境也有很大关系。关于包涵体的形成,主要有以下几种论点:
①与胞质内蛋白质生成速率有关,基因表达速度太快,新生多肽无充足的时间进行折叠,从而形成非结晶、无定形的蛋白质的聚集体。动力学模型表明: 活性蛋白的产率取决于蛋白合成、折叠、聚集的速率,在蛋白质高水平表达时,新生肽链的聚集速率一旦超过蛋白正确折叠的速率就会导致包涵体的形成;
②局部高浓度的新生肽,加快非专一性沉淀。
③宿主菌的培养条件,如培养基营养成分、温度、pH值、离子强度等因素,都会影响包涵体的形成。当温度超过某一种蛋白的变性温度后,随着温度增加,蛋白质凝集量增加,当环境的pH接近某一种蛋白的等电点时,蛋白的凝集也增加,包涵体形成增多。
④蛋白质自身的稳定性。目的基因所表达的重组蛋白,对大肠杆菌来说属于异体蛋白,大肠杆菌表达体系内不具备某些哺乳动物蛋白(重组蛋白)翻译后修饰所需的酶类和辅助因子,如折叠酶或分子伴侣等,致使中间产物大量聚集形成包涵体。
⑤重组蛋白的氨基酸组成。研究显示含硫氨基酸多的重组蛋白形成包涵体的可能性较大。可能是因为宿主细胞还原性环境使表达蛋白中二硫键的稳定性下降,出现多余或错配的二硫键。