关键词:
海参溶菌酶
毕赤酵母
条件优化
纯化
发酵罐
摘要:
溶菌酶广泛分布于不同生物体中,它通过破坏细菌细胞壁中肽聚糖的β-1,4糖苷键,从而使其原有结构受到破坏造成菌体死亡。溶菌酶作为一种天然的蛋白质具有对人体无毒性,易吸收,不污染等特性。海参溶菌酶基因由本实验室于2007年首次分离和鉴定,进一步研究发现,该溶菌酶具有广谱抗菌活性。本课题首先将实验室之前已构建的毕赤酵母基因工程菌pPIC9K-SjLys/GS115作为产海参溶菌酶出发菌株,分别从甲醇浓度、培养基pH、温度和诱导时间对其产酶发酵条件进行优化研究。通过实验得出其最优条件为甲醇诱导浓度1.0%,发酵培养基初始pH 6.0,温度30℃,培养96 h。在这个最佳目的蛋白表达条件下,其发酵液中海参溶菌酶表达含量为4.88 mg/L。将发酵液经离心和超滤浓缩后得到上清液,再经离子交换和凝胶过滤层析纯化获得海参溶菌酶产品,其酶活力为826.44 U/mg。尽管经过上述发酵条件优化后海参溶菌酶产量有所增加,然而在纯化过程中酶蛋白损失较大,造成其产率较低。为了减少纯化步骤,增加酶的回收率,本课题以海参溶菌酶(SjLys)基因序列为模板,分别在其N端和C端添加组氨酸标签(6×His tag),构建表达载体pPIC9K-SjLys-HisN和pPIC9K-SjLys-HisC。通过电转化法将线性化的带有目的基因的大片段整合到毕赤酵母GS115细胞染色体上,得到重组毕赤酵母细胞转化子。再利用浓度为1.0 mg/mL.0 mg/mL G418抗生素筛选获得32株高拷贝转化子。经菌落PCR验证和小规模培养分析,最后得到一株表达海参溶菌酶效率较高的重组毕赤酵母基因工程菌pPIC9K-SjLys-HisN/GS115,命名为HS3-1。进一步考察该工程菌株摇瓶发酵培养结果,通过SDS-PAGE和Western blotting分析表明,该工程菌株发酵产物为海参溶菌酶,其产量为5.12 mg/L。使用Ni亲和层析方法对目的蛋白进行纯化,其酶活力达1088.57 U/mg。本课题最后进行了发酵罐放大发酵生产试验。以上述重组毕赤酵母基因工程菌HS3-1作为发酵菌株,使用5 L发酵罐进行发酵生产。以BSM培养基作为发酵初始培养基,发酵过程参数控制为温度30℃,pH 6.0,搅拌转速800 r/min,溶解氧DO 30%;发酵液培养24 h待基础甘油耗尽后,补料流加甘油5 h,至菌体湿重达180 g/L20 g/L,再将发酵液酵母细胞饥饿1 h,最后向培养基中自动流加甲醇进行产物诱导,实时监控发酵液中甲醇浓度控制在1%,其诱导时间为96 h。分析结果表明,该海参溶菌酶占发酵液中总蛋白比例为58%,其产量为53.26 mg/L。通过测定经Ni亲和层析纯化后酶液中蛋白含量和溶菌酶活性,计算出该海参溶菌酶比活力为2238 U/mg。这个结果比摇瓶发酵的产酶能力和酶活性有很大的提高。进一步测定该溶菌酶的抑菌作用,结果表明,纯化后的海参溶菌酶对金黄色葡萄球菌、溶壁微球菌、副溶血性弧菌和铜绿假单胞菌都具有抑菌活性。通过本课题的研究,初步完成了利用毕赤酵母基因工程菌发酵生产海参溶菌酶的小试研究,为后续的大规模的发酵及表达产物的分离纯化提供了理论基础及工艺参数,为海参溶菌酶的应用奠定了基础。