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Moricin 族抗菌肽是一类具有强的抗革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌活性的强碱性抗菌肽,其作用的靶位点是细菌的细胞质膜。家蚕基因组中存在着moricin基因家族的12个成员,其中只有最早发现的moricinl(BmmorA1)被证明是编码有抗菌活性的moricinl。为了证明其他的基因成员所编码的肽的抗菌活性情况,并获得目的抗菌肽基因的高效表达产物,本论文选择了其中两个成员BmmorA2和BmmorB2,以BmmorA1为对照,探讨它们在毕赤酵母(Pichia pastoris)中表达的可能性及鉴定表达产物的抗菌活性。基于moricin族抗菌肽自身分子量小、极易降解,对大肠杆菌高毒性的特点,选择毕赤酵母作为moricin基因家族成员的表达系统,不仅克服了原核表达系统作为抗细菌肽表达系统的不足,而且为实现工厂化高密度发酵奠定了坚实的基础。
本论文应用基因工程方法,首先将目的基因定向亚克隆,并构建酵母表达载体,通过线性化重组酵母表达载体,并对酵母表达系统进行表达,摸索提高表达产物产量的措施,对发酵上清进行浓缩并进行抑菌活性测定。获得的主要结果如下:
(1)以重组质粒pET-21d-BmmorA1、pET-21d-BmmorA2和pET-21d-BmmorB2为模板,通过PCR互补合成目的基因,利用Xho Ⅰ和Xba Ⅰ双酶切后,克隆至酵母分泌型表达载体pGAPαA 中相应的多克隆位点处,转化到宿主菌DH5α中,经PCR后测序,确认获得分别含有pGAPaA-BmmorA1、pGAPetA-BmmorA2和pGAPαA-BmmorB2重组载体的转化子。
(2)提取pGAPαA-BmmorA1、pGAPαA-BmmorA2和pGAPαA-BmmorB2转化子质粒,经BglⅡ酶线性化后,通过电转化,使其与毕赤酵母GS115宿主菌的基因组整合,重组的酵母转化子经Zeocin抗生素筛选和PCR鉴定无误后,获得正确的阳性克隆表达系统。
(3)将阳性克隆表达系统进行发酵培养,分泌表达。为了提高目的基因在发酵培养过程中分泌表达的产量,同时防止宿主菌对目的蛋白的降解,采用了在发酵培养24小时后换新鲜培养液继续培养并在发酵培养液中添加1%的酸水解干酪素,待发酵到72小时后在发酵液上清中加入蛋白酶抑制剂等措施。优化发酵时间,直接用120小时的发酵液上清进行Tricine-SDS-PAGE电泳即可检测到pGAPαA-BmmorA2的目的蛋白泳带,但并未检测到pGAPαA-BmmorA1和pGAPαA-BmmorB2的目的蛋白条带。结果表明,发酵120小时后,pGAPαA-BmmorA2的表达量最大,但是其他两个目的基因的表达却没有达到可检测的量,说明表达条件有待改进。
(4)将发酵培养120小时的菌液离心后,将获得的上清液在沸水中煮沸5-10分钟,采用琼脂板孔穴扩散法测定目的蛋白的生物学活性,选择7种供试细菌进行抑菌活性的检测。结果表明,含有能检测出蛋白带的pGAPαA-BmmorA2的发酵液上清对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌DH5α、绿脓杆菌、苏云金芽孢杆菌、青枯菌5种病原细菌的生长均有不同程度的抑制作用,其中以对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌DH5α、绿脓杆菌的抑杀作用最为明显,但对大肠杆菌K<,12>D<,31>和枯草芽孢杆菌无明显效果;而未能检测出蛋白带的pGAPαA-BmmorA1和pGAPαA-BmmorB2的发酵液上清对以上7种供试细菌均无明显抑杀作用。
(5)BmmorA2基因是从家蚕基因组中发现的而未被证实有抗菌活性的moricin基因家族的一个新成员,通过本论文的活性检测,证明该成员的表达产物具有抗菌活性。
通过本论文的研究,成功地实现了抗菌肽基因在毕赤酵母菌中的分泌表达,并证明了moricin基因家族其中一个新成员BmmorA2基因的表达产物MoricinA2的抗菌活性。该研究成果不仅为实现高密度发酵培养条件提供了实验基础,还为moricin基因家族的进化和功能分化提供了新的实验证据。