重组血管紧张素转化酶抑制肽工程菌细胞破碎条件优化

　　摘要：以重组血管紧张素转化酶抑制肽（ＡＣＥＩＰ）工程菌Ｅ．ｃｏｌｉＢＬ２１（ｐＧＥＸ－４Ｔ－２－ＡＨＰ）破碎率、破碎液中目的融合蛋白浓度（ＧＳＴ－ＡＨＰ）为主要考察指标，对重组血管紧张素抑制肽工程菌破碎条件进行了优化。结果表明，其最佳工艺条件为每克湿菌体重悬于３ｍＬ含有２ｍｍｏｌ／ＬＥＤＴＡ的１×ＰＢＳ缓冲液中，加溶菌酶至终浓度２００００Ｕ／ｍＬ，室温放置３０ｍｉｎ后超声破碎３０ｍｉｎ，４℃１００００ｒ／ｍｉｎ离心１０ｍｉｎ取上清液。在此最佳工艺条件下破碎液中可溶性ＧＳＴ－ＡＨＰ浓度达到１．８３ｇ／Ｌ。

　　关键词：重组血管紧张素转化酶抑制肽（ＡＣＥＩＰ）；工程菌Ｅ．ｃｏｌｉＢＬ２１（ｐＧＥＸ－４Ｔ－２－ＡＨＰ）；破碎条件

　　血管紧张素转化酶抑制肽（ＡＣＥＩＰ）是一类通过抑制血管紧张素转化酶活性从而达到降低血压的小分子多肽，具有降压效果明显、无毒副作用等特点［１－４］。ＡＣＥＩＰ可通过特异性酶解从天然动植物和微生物蛋白中提取，但由于天然蛋白中ＡＣＥＩＰ含量很低，因而产率低、成本高，难以产业化。化学合成方法可以按照人们的意愿合成制备任意活性的ＡＣＥＩＰ，但大都因成本高、副反应物多及化合物残留等问题制约其产业化发展。近年来利用微生物基因工程技术生产蛋白质多肽药物和食品原料由于具有表达高效、产量高、成本低等优点而越来越得到广泛应用。

　　本研究通过分析ＡＣＥＩＰ结构与降血压活性之间的关系，设计出高活性的ＡＣＥＩＰ单体，并利用基因工程手段克隆到大肠杆菌融合表达载体ｐＧＥＸ－４Ｔ－２之上，构建了能高效稳定表达ＡＣＥＩＰ的基因工程菌Ｅ．ｃｏｌｉＢＬ２１（ｐＧＥＸ－４Ｔ－２－ＡＨＰ）［５］。由于该工程菌表达的ＡＣＥＩＰ属胞内表达，因而如何通过经济高效的细胞破碎工艺将胞内表达的ＡＣＥＩＰ溶出成为ＡＣＥＩＰ分离纯化的关键步骤之一［６］。因此，本研究以细胞破碎率、破碎液中目的融合蛋白浓度为主要考察指标，对构建的基因工程菌的细胞破碎条件进行了优化。研究结果将为后续的进一步分离纯化奠定基础。

　　１材料与方法

　　１．１材料与仪器

　　基因工程菌Ｅ．ｃｏｌｉＢＬ２１（ｐＧＥＸ－４Ｔ－２－ＡＨＰ）自制；二硫苏糖醇（ＤＴＴ），加拿大ＢＢＩ分装，超纯；三羟甲基氨基甲烷（Ｔｒｉｓ）、甘氨酸、ＴｒｉｔｏｎＸ－１００、溶菌酶（ｌｙｓｏｚｙｍｅ，２００００Ｕ／ｍｇ），加拿大ＢＢＩ公司产品；丙烯酰胺、亚甲双丙烯酰胺、Ｎ，Ｎ，Ｎ，Ｎ，－四甲基乙烯二胺（ＴＥＭＥＤ）、过硫酸胺（ＡＰＳ）、β－ＭＥ（β－巯基乙醇），美国Ａｍｒｅｓｃｏ公司产品；十二烷基磺酸钠（ＳＤＳ）、考马斯亮蓝Ｒ－２５０，Ｆｌｕｋａ产品；ＰｒｏｔｅｉｎＭｏｌｅｃｕｌａｒＷｅｉｇｈｔＭａｒｋｅｒ（Ｍ．Ｗ．１４．４～１１６．０ｋＤａ），购自Ｆｅｒｍｅｎｔａｓ公司；ＢＣＡ蛋白检测试剂盒，购自Ｐｉｅｒｃｅ公司。

　　ＢｉｏｓｔａｔＣ型３０Ｌ发酵罐，德国贝朗公司；垂直电泳槽、ＣＯＮＳＯＲＴＥ８６１型电泳仪，美国ＵＶＰ公司；ＧｅｎｅＧｅｎｉｕｓ凝胶成像系统，Ｓｙｎｇｅｎｅ公司；超声波破碎仪（ＶＣ×６００型），Ｓｏｎｉｃｓ公司；核酸蛋白检测仪，德国Ｅｐｐｅｎｄｏｒｆ公司。

　　１．２试验方法

　　１．２．１发酵液的制备活化基因工程菌Ｅ．ｃｏｌｉＢＬ２１（ｐＧＥＸ－４Ｔ－２－ＡＨＰ），通过菌种扩增，再进行高密度发酵。具体操作如下：活化后的基因工程菌按１％接种量转接至１００ｍＬ含氨苄青霉素（Ａｍｐ）的２×ＹＴＡ培养基，３７℃、２５０ｒ／ｍｉｎ培养８ｈ。再按１０％接种量转接至含２０Ｌ发酵培养基的３０Ｌ发酵罐中，控制溶氧４０％，ｐＨ７．０，３７℃进行发酵。培养２ｈ后开始补料，补料速度１ｍＬ／ｍｉｎ，补料１ｈ，培养３ｈ后加入诱导剂诱导６ｈ，共发酵９ｈ制得发酵液。

　　１．２．２目的蛋白含量的测定采用ＳＤＳ－ＰＡＧＥ蛋白电泳法，用凝胶成像系统照相保存，用ＧｅｎｅＴｏｏｌ软件分析目的融合蛋白（ＧＳＴ－ＡＨＰ）含量。

　　１．２．３总蛋白含量的测定采用ＢＣＡ法。碱性条件下，蛋白质将Ｃｕ２＋还原为Ｃｕ＋，Ｃｕ＋与ＢＣＡ试剂形成紫颜色的络合物，测定其在５６２ｎｍ处的吸光度，并与标准曲线对比，即可计算出待测蛋白的浓度。具体操作如下：将标准蛋白牛血清白蛋白（ＢＳＡ）用１×ＰＢＳ稀释成浓度分别为２５、１２５、２５０、５００、１０００、１５００、２０００μｇ／ｍＬ的标准品溶液，取１００μＬ不同浓度的标准品溶液加入１ｍＬ工作液，３７℃反应３０ｍｉｎ，测定ＯＤ５６２ｎｍ。以蛋白质浓度（μｇ／ｍＬ）为横坐标，以吸光度为纵坐标绘制标准曲线。

　　１．２．４ＧＳＴ－ＡＨＰ浓度的确定根据“１．２．３”所得总蛋白含量及“１．２．２”所得ＧＳＴ－ＡＨＰ含量计算ＧＳＴ－ＡＨＰ浓度。

　　１．２．５酶法与反复冻融法相结合破碎菌体发酵液４０００ｒ／ｍｉｎ离心１５ｍｉｎ，弃上清液收集菌体沉淀，用１×ＰＢＳ缓冲液洗涤２次，称重记录湿菌体的质量。按每克湿菌体加３ｍＬ含有２ｍｍｏｌ／ＬＥＤＴＡ的１×ＰＢＳ的比例将菌体沉淀重悬，加溶菌酶至终浓度２００００Ｕ／ｍＬ，冰浴３０ｍｉｎ后，－７０℃冷冻、２５℃水浴消融，反复冻融８次。每冻融１次，镜检计算破碎率；同时取１ｍＬ细胞裂解液，用针筒将２０％ＴｒｉｔｏｎＸ－１００强行注入黏的细胞裂解液中至终浓度为１％，温和混合３０ｍｉｎ后，加入ＤＮａｓｅ和ＲＮａｓｅ至终浓度为５μｇ／ｍＬ，４℃振荡１０ｍｉｎ。１００００ｒ／ｍｉｎ离心１０ｍｉｎ收集上清液，取１０μＬ上清液进行ＳＤＳ－ＰＡＧＥ电泳，用ＧｅｎｅＴｏｏｌ分析，比较不同冻融次数对ＧＳＴ－ＡＨＰ浓度的影响。

　　１．２．６酶法与超声波法相结合破碎菌体按每克湿菌体加３ｍＬ含有２ｍｍｏｌ／ＬＥＤＴＡ的１×ＰＢＳ的比例将菌体沉淀重悬，加溶菌酶至终浓度２００００Ｕ／ｍＬ，室温放置３０ｍｉｎ。取２００ｍＬ酶解液超声波破碎，每破碎５ｍｉｎ取样１次，镜检计算破碎率；同时取样１ｍＬ，离心收集上清液取１０μＬ上样进行ＳＤＳ－ＰＡＧＥ电泳检测，用ＧｅｎｅＴｏｏｌ分析，比较不同超声时间对ＧＳＴ－ＡＨＰ浓度的影响。超声波处理参数：Ф１３ｍｍ螺纹探头和Ф１３ｍｍ螺纹探头可换尖端，振幅７５％，开５ｓ，停５ｓ。共破碎４０ｍｉｎ。

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