噬菌体融合裂解酶的构建及其活性研究

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噬菌体裂解酶是噬菌体在感染细菌后期表达的一类细胞壁水解酶,有着不可增殖、易于定向操作、无(较少)细菌抗性影响的优点,但也有着裂解谱窄,热稳定性差等缺点。复合酶制剂虽然可以弥补这一系列噬菌体裂解酶存在的缺陷,但需将不同酶分别生产再进行配比混合,增加了不少人力物力的投入。通过现代基因工程技术将两种酶融合,把其优点进一步的结合利用,得到新的融合酶可以较好的克服以上缺陷。本文利用亚栖热菌(Meiothermus)TG07噬菌体MMP7的裂解酶基因MMPphg与栖热菌(Thermus)TC16的噬菌体TSP4裂解酶基因TSPphg为材料。通过分子生物学技术将两条基因通过两种方法进行连接,后将融合片段克隆到表达质粒上,得到两种融合酶的表达系统。两种连接方法简述如下:第一种,两个裂解酶之间不加连接肽(linker),将其首尾相接后直接克隆在同一载体上,再采用传统的酶切连接将其构建至表达载体,得到融合酶基因TPIphg,然后转入大肠杆菌BL21(DE3)中;第二种,两个裂解酶之间通过连接肽连接,在设计引物时,将连接肽直接加在引物上,利用PCR技术将linker连接到裂解酶基因上,再将两个裂解酶基因通过重叠PCR技术连接,最终得到融合酶基因ILTphg,后将其构建到载体,并转入大肠杆菌BL21(DE3)中进行表达和纯化,对融合酶进行酶学性质研究。实验结果显示,不加linker的融合酶TPIphg不能够形成可溶性蛋白,未进行后续检测,加入linker的融合酶ILTphg可以较好的表达,经过诱导条件的筛选,得到其最佳诱导条件为37℃,150 rpm,6 h;诱导剂终浓度为1 g/L,在摇瓶中表达稳定,表达量可达60 pmol/m L。它的最适作用温度在35-40℃间,ILTphg的最适作用温度为35-40℃,最适p H为7-8。Na+、K+、Mg2+等三种离子对ILTphg有激活作用,Ca2+和Fe2+对酶有抑制作用,Mn2+会导致目的蛋白变性。在对融合酶ILTphg的杀菌活性验证实验中发现,融合酶ILTphg对裂解酶TSPphg来源的噬菌体TSP4的宿主菌TC16及MMPphg来源的噬菌体MMP07的宿主菌TG07均有明显的裂解作用。在酶浓度为40 pmol/m L时,相对于裂解酶MMPphg及TSPphg,对金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)、沙门氏菌(Salmonella)、大肠杆菌(Escherichia coli)都有着更好的抑菌效果。当酶浓度为40 pmol/m L时,融合酶ILTphg在反应10 min时,即可起到杀菌作用,比裂解酶MMPphg及TSPphg作用时间更短;融合酶ILTphg在酶浓度为25pmol/m L时,抑菌效果均优于酶浓度为40 pmol/m L的裂解酶TSPphg及MMPphg。综上所述,MMPphg和TSPphg通过连接肽连接得到的融合酶ILTphg是一种表达量较高的可溶性蛋白,相较于未融合前的两种裂解酶,其酶学性质未发生显著改变,且融合酶ILTphg的酶活相对TSPphg和MMPphg均有明显地改善。融合酶ILTphg的作用时间更短,有效抑菌浓度更低,抑菌效果也更为突出。但是,融合酶ILTphg的裂解谱及抑菌活性均有待进一步提高。总之,融合酶ILTphg的一系列酶学性质及抑菌特性比单独的MMPphg和TSPphg噬菌体裂解酶均有所提高,表明了本研究对改善噬菌体裂解酶酶学特征、抑菌能力、生产性能等方面具有一定的参考价值,为后续开发应用奠定了基础。
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