基因工程作业之基因工程载体

基因工程载体

---乳酸菌表达载体pMG36e 及其应用现状

目前,多数外源基因的克隆与表达,主要采用大肠杆菌。然而,由于大肠杆菌能够引起人类和动物发生不同程度的腹泻,导致机体损伤,所以其表达产物需要经过复杂的分离纯化才能达到食品医药标准。与之相比,乳酸菌作为人和动物肠道内正常菌群之一,已被证明具有诸多益生功能,而且被公认为安全无毒的 (Generally regarded as safe,GRAS) 。因此,采用乳酸菌表达的外源蛋白质可免去上述复杂、繁琐的后提纯工艺;同时,乳酸菌可以在肠道中存活定植,其外源基因表达用于治疗或免疫作用的活性物质可以持续地在肠道中产生,成为人和动物体内功能性生物制剂的“加工车间”,从而起到相应的保护和治疗性作用。

乳酸菌(Lacticacidbacteria ,LAB )是一类能够发酵糖类产生乳酸的革兰氏阳性细菌[1],具有诸如缓解乳糖不耐症、调节消化道微生态平衡等益生作用,应用领域十分广泛。随着近二十几年来分子生物学的发展,以乳酸菌作为宿主,利用质粒表达外源基因,对乳酸菌进行改造以进一步提高其功能已成为目前的研究热点之一。乳酸菌常用质粒载体主要有pWV01衍生载体,pNZ 系列载体[2]等。质粒pMG36e 来源于pWV01载体,于1989年由VanDeGuchte [3]以乳酸乳球菌乳脂亚种蛋白酶基因的转录和翻译信号为基础构建而成,质粒大小约为3.6Kb ,便于宿主携带,可表达被克隆的各种基因。目前已在乳球菌属 (Lactotoccus ),链球菌属(Streptococcus ),乳杆菌属(Lactobacillus )等中成功表达如溶菌酶、苯丙氨酸氨酶[4]、枯草杆菌中性蛋白酶[5],以及超氧化物歧化酶[6]等以及其他蛋白基因,近年来也有学者[7]对其进行改造,成功构建了食品级载体。是目前应用较多的一个组成型表达载体。本文主要从载体构成,表达外源基因与构建食品级载体等三方面进行综述。

一、 载体的构成

载体 pMG36e 由强启动子p32及其下游的部分开放阅读框、多克隆位点和来自乳酸乳菌乳脂亚种(Lactococcuslactissubsp.cremorisWg2)蛋 白 酶 基 因

[8](prtP )的转录终止子以及 pWV01复制子和来自于质粒pE194[9]的红毒素抗性基因Emr 构成,质粒大小为3.6Kb 。质粒pMG36e 的构成使其有利于表达外源基因。其中强启动子P32于1987年由VanderVossen 等[10]利用鸟枪法从乳脂链球菌(S.cremoriswg2)克隆得到,p32包括开放阅读框架和一个能够被大肠杆菌(E.coli )、枯草芽孢杆菌(B.subtilis )、乳链球菌(S.lactis )识别的核糖体结合位点。pWV01复制子来源于广宿主乳球菌质粒 pWV01[11],能在一系列细菌中行使功能,这其中包括大肠杆菌(E.coli ),枯草杆菌 (B.subtilis )、乳球菌、乳杆菌、化脓性链球菌(S.pyogenes )和血链球菌(S. sanguis )等[3]。位于翻译启始信号下游的多克隆位点可使外源基因在合适的阅读框架内插入。由于大肠杆菌与枯草杆菌可作为构建重组质粒的中间宿主,这极大地提高了该质粒的表达效果和扩展了宿主应用范围。

二、利用pMG36e 载体的基因表达

自 20世纪 80年代 VanDeGuchte 成功构建该质粒以来,已利用该载体表达动植物和细菌的外源基因达十几种,并成功构建了多种具有特定功能的基因工程 乳酸菌。

2.1 细菌素基因的研究

与抗生素相比,大部分细菌素只对近缘关系的细菌有损害作用,安全性比较高,因此对细菌素作用机制的研究有很重要的意义。1996年,Franke 等[12]用 pMG36e 表达与β-半乳糖苷酶(β-Galactosidase )融合的细菌素转运与成熟相关的lcnD 基因,以研究乳球菌素运输机制。Diep 等[13]将载体 pMG36e 和其衍生载体pMG37e 用于戊糖片球菌(Pediococcuspentosaceus )细菌素诱导基因中的penIR 和penIF 的表达和免疫基因结构基因诱导基因簇peiA penA penI RKR 的表达研究。2007年该研究小组,又将pMG36e 用于乳球菌素A (lactococcinA )研究,证明其利用甘露糖磷酸转移酶系统作为受体。除此以外,pMG36e 也用于植物乳杆菌素(plantaricin )423免疫蛋白的表达研究,和作为中间载体探讨乳链菌素(nisin )抗性机制以及用于表达肠道菌素(enterocin )AS48的as48ABCRNA 片段。

2.2酶类的研究

2.2.1溶菌酶 VanDeGuchte 等[14]在成功构建质粒pMG36e 后,插入一段母鸡溶菌酶(HEL )蛋白编码序列,构建质粒pMG36eHEL ,通过使用兔抗HEL 抗血清 (蛋白印记法)在 乳球菌中检测到符合预期大小(17KDa )的融合蛋白。

2.2.2几丁质酶1994年,Brurberg 等[15]将革兰氏阴性菌粘质沙雷氏菌(SerratiamarcescensBJL2000)的几丁质酶基因克隆到乳酸乳球菌乳亚种MG1363和用于青储饲料的植物乳杆菌E19b (L.plantarum E19b )中,并得到表达,且具有抗真菌活性。

2.2.3其它酶类 除此以外,先后有学者成功利用该载体在旧金山乳杆菌(L.sanfrancisco )、乳杆菌、乳酸乳球菌进行诸如α-淀粉酶、黑曲霉F246(Aspergillusniger ,F246)、植酸酶phyA 、人类谷胱甘肽S转移酶(glutathione S transferase )、木聚糖酶以及GFP 等蛋白的表达[19~23]。1990年,VanDeGuchte 等[5]将枯草杆菌中性金属蛋白酶基因插入pMG36e ,并将其转入到乳酸乳球菌乳亚种MG1363菌株,成功进行了表达并检测到活性。

2.3用于发酵乳制品

功能性乳制品是指除具有一般乳制品固有的化学成分和营养作用外,还含有某些特殊营养物质或功能性成分,兼有一种或多种特定生理保健功能的乳制品[24]。采用基因工程技术改良菌种的性状,是研发功能性乳制品的一个重要手段。

2.3.1 SOD 发酵酸奶 超氧化物歧化酶(superoxidedismutase,SOD )是生物体防御氧自由基损伤的重要酶类,广泛存在于需氧生物、耐氧生物及某些厌氧微生物中。SOD 主要分为三类,即Fe SOD、Mn SOD和Cu/Zn SOD。其中Fe SOD主要存在于原核生物,Cu/Zn SOD主要存在于包括人类在内的所有高等真核生物中,而Mn SOD则在高等生物的线粒体及细菌中[6]。SOD 具有有延缓机体衰老、抗电离辐射作用、增强耐缺氧和抗疲劳能力、促进婴幼儿生长发育、调节机体免疫功能、提高对炎症和肿瘤等疾病抵抗力等保健作用[16],生产SOD 乳制品具有重要意义。1993年,Roy 等[17]率先将大肠杆菌Mn SOD 克隆到表达载体pMG36e ,转化到携带SOD 的乳酸乳球菌和缺乏SOD 的加氏乳杆菌(L.gasseri )中。我国学者[6,18]分别将在乳酸乳球菌与保加利亚乳杆菌(L.bulgaricusL6032)中实现人铜锌超氧化物歧化酶Cu/Zn SOD基因和大肠杆菌锰超氧化物歧化酶基因的表达,增强保加利亚乳杆菌对氧的耐受性,为下一步SOD 发酵奶的研制奠定了基础。

2.3.2 低乳糖乳制品 发酵酸奶的过程中,在β-半乳糖苷酶的作用下,牛奶中只有25%~50%的乳糖被乳酸菌分解,还有较多的乳糖存在。Wang 等[19]利用质粒pMG36e 将来自于保加利亚乳杆菌wch9901的 β-半乳糖苷酶基因在乳 酸乳球菌乳脂亚种MG1363中表达,其后又将来自于德氏乳杆菌保加利亚亚种的β-半乳糖苷酶在大肠杆菌中进行非融合表达。使用具有半乳糖苷酶活性的乳酸菌生产乳制品,可为解决乳糖不耐症提供了方法。

2.3.3 防癌保健乳制品 谷胱甘肽硫转移酶(GST )家族是真核生物重要的解毒酶类。人谷胱甘肽硫转移酶(hGST )对于多种来源的致癌物、诱变剂、具有重要的解毒作用。向华等将人谷胱甘肽硫转移酶A1基因的cDNA 序列亚克隆于表达载体pMG36e ,获得hGST A1乳酸乳球菌表达株,可望应用于研制防癌保健乳制品。

2.4 科学研究与基因治疗

2.4.1 研究益生作用机制 由于很难检测体内吸附在肠上皮细胞的益生菌,因此,到目前为止都没有很好的方法来衡量其在肠道内的吸附能力,蒋爱民等利用pMG36e 构建携带lux 基因的重组质粒pMG36eluxAB 和pMG36eluxCDABE ,经电转化获得带lux 基因的发光乳球菌。这为研究体内益生菌的分布和存活率以及有利于人体健康的机制提供了思路。

2.4.2 外源基因表达的报告系统 Raha 等将凝结芽孢杆菌ST 6(Bacilluscoagulans ST 6)中的聚糖酶基因亚克隆到载体pMG36e ,构建了重组载体可作为大肠杆菌和乳球菌含报告基因的载体。Duplessis 等[20]利用pMG36e 作为中间载体,通过构建pMG36eSapS 研究了金黄色葡萄球菌非特异性酸性磷酸蛋白酶(nonspecificacid phosphatase)在革兰氏阳性与阴性菌中表达的报告基因。

2.4.3 疾病治疗 自1999年以来,有学者利用pMG36e 构建携带有苯丙氨酸脱氨酶(PAL )的重组质粒,并得到具有一定酶活性的基因工程菌株,将其制成不同剂型灌喂高苯丙氨酸血症模型大鼠,发现其外周血苯丙氨酸脱氨酶水平显著降低,为基因疗法治疗苯丙酮尿症开辟了一条新途径[4]。另外,pMG36e 还应用于口服疫苗的研制,用于避免幽门螺杆菌的感染等。

三、食品级载体应用

食品级载体(food-gradevector )是安全、稳定的,可在食品加工中使用的质粒载体。它应具备以下基本条件:(1)选择标志必须是食品级的;(2)表达载体中的启动子、核糖体结合位点、终止子和分泌信号等DNA 片段必须来自食品级微生物;(3)启动子的诱导物也必须是食品级的。

pMG36e 参与构建食品级载体主要分为以下两种途径:

一是表达外源基因作为食品级细菌素。Mccormick 等在表达载体 pMG36e 中插入食肉乳杆菌素Carnobacteriocin B2的结构基因,转化到广布肉杆 菌LV13菌中并获得表达。Carnobacteriocin B2是一类小分子热稳定肽(SHSP ),此类乳酸菌素杀菌机理主要是细菌素能吸附在细胞膜上并形成孔道,使得细胞膜的通透性增加从而引起细胞内各种离子的渗漏和能量物质的消耗,导致细胞解体死亡[21]。

二是用食品级基因代替pMG36e 的抗性基因构建食品级载体。Jenog 以载体pMG36e 为基础,使用来自于植物乳杆菌的α-半乳糖苷酶(aga )基因替换红霉素抗性基因作为选择标记,成功在乳酸乳球菌中构建食品级表达/分泌载体,该载体可用来生产食品或药品。孙强正将质粒pMG36e 的p32启动子片段及乳酸乳球菌MG1363未知分泌蛋白(Usp45)基因的核糖体结合位点、分泌信号肽和成熟肽前11个氨基酸的编码序列(SPusp45)克隆到食品级载体pSH91中,构建分泌型食品级表达载体pSQ ,为目的蛋白的的分泌性表达及食品级疫苗的研制奠定了基础。

四、小结与展望

载体pMG36e 已用来表达多种基因,这为乳酸菌基因工程及分子生物学的研

究提供了一种技术平台,应用涉及到食品、保健、医药,为相关学科的深入研究提供重要的分子克隆的工具。

今后的研究重点应着眼错误!未找到引用源。于拓展“食品级”载体的宿主谱、提高表达产物的生物活性等。构建出的“食品级”乳酸菌高效表达载体系统有望在发酵工程和口服功能性生物制剂方面得到长足的发展。

错误!未找到引用源。

参考文献:

[1]. de Vos, W.M., Gene expression systems for lactic acid bacteria. Curr Opin Microbiol, 1999. 2(3): p. 289-95.

[2]. Jeong, D.W., et al., A food-grade expression/secretion vector for Lactococcus lactis that uses an alpha-galactosidase gene as a selection marker. Food Microbiol, 2006. 23(5): p. 468-75.

[3]. 吕晓英, 乳球菌基因克隆载体系统的研究近况. 现代预防医学, 2003(02): 第222-225页.

[4]. van de Guchte, M., et al., Construction of a lactococcal expression vector: expression of hen egg white lysozyme in Lactococcus lactis subsp. lactis. Appl Environ Microbiol, 1989. 55(1): p. 224-8.

[5]. 向华等, 欧芹苯丙氨酸脱氨酶cDNA 在乳酸乳球菌中的表达研究. 微生物学报, 1999(03): 第10-18页.

[6]. 谭华荣向华卫文仲, 人铜锌超氧化物歧化酶基因的克隆和在乳酸乳球菌中的表达. 生物工程学报, 2000. 16(1): 第6-9页.

[7]. van der Vossen, J.M., et al., Characterization of transcription initiation and termination signals of the proteinase genes of Lactococcus lactis Wg2 and enhancement of proteolysis in L. lactis. Appl Environ Microbiol, 1992. 58(9): p. 3142-9.

[8]. Horinouchi, S. and B. Weisblum, Nucleotide sequence and functional map of pE194, a plasmid that specifies inducible resistance to macrolide, lincosamide, and streptogramin type B antibodies. J Bacteriol, 1982. 150(2): p. 804-14.

[9]. van de Guchte, M., et al., Heterologous gene expression in Lactococcus lactis subsp. lactis: synthesis, secretion, and processing of the Bacillus subtilis neutral protease. Appl Environ Microbiol, 1990. 56(9): p. 2606-11.

[10]. van der Vossen, J.M., D. van der Lelie and G. Venema, Isolation and characterization of Streptococcus cremoris Wg2-specific promoters. Appl Environ Microbiol, 1987. 53(10): p. 2452-7.

[11]. Leenhouts, K.J., et al., Nucleotide sequence and characterization of the broad-host-range lactococcal plasmid pWVO1. Plasmid, 1991. 26(1): p. 55-66.

[12]. Franke, C.M., et al., Topology of LcnD, a protein implicated in the transport of bacteriocins from Lactococcus lactis. J Bacteriol, 1996. 178(6): p. 1766-9.

[13]. Diep, D.B., et al., Data mining and characterization of a novel pediocin-like bacteriocin system from the genome of Pediococcus pentosaceus ATCC 25745. Microbiology, 2006. 152(Pt 6): p. 1649-59.

[14]. Diep, D.B., et al., Common mechanisms of target cell recognition and immunity for class II bacteriocins. Proc Natl Acad Sci U S A, 2007. 104(7): p. 2384-9.

[15]. Van Reenen, C.A., W.H. Van Zyl and L.M. Dicks, Expression of the immunity protein of plantaricin 423, produced by Lactobacillus plantarum 423, and analysis of the plasmid encoding the bacteriocin. Appl Environ Microbiol, 2006. 72(12): p. 7644-51.

[16]. Sun, Z., et al., Novel mechanism for nisin resistance via proteolytic degradation of nisin by the

nisin resistance protein NSR. Antimicrob Agents Chemother, 2009. 53(5): p. 1964-73.

[17]. Fernandez, M., et al., Processing of as-48ABC RNA in AS-48 enterocin production by Enterococcus faecalis. J Bacteriol, 2008. 190(1): p. 240-50.

[18]. Brurberg, M.B., et al., Expression of a chitinase gene from Serratia marcescens in Lactococcus lactis and Lactobacillus plantarum. Appl Microbiol Biotechnol, 1994. 42(1): p. 108-15.

[19]. 霍丹群等, phyA基因的克隆及其新型表达载体的构建. 中国兽医科技, 2004(03): 第26-30页.

[20]. Xiang, H., et al., Human glutathione-S-transferase: cloning and expression in Lactococcus lactis. Biomol Eng, 2000. 16(6): p. 207-9.

[21]. Somarny, W.M., et al., Cloning and expression of Vibrio cholerae virulence gene, accessory cholera enterotoxin (ace). Southeast Asian J Trop Med Public Health, 2004. 35(4): p. 856-62.

学号:***

姓名:***

专业:***

基因工程载体

---乳酸菌表达载体pMG36e 及其应用现状

目前,多数外源基因的克隆与表达,主要采用大肠杆菌。然而,由于大肠杆菌能够引起人类和动物发生不同程度的腹泻,导致机体损伤,所以其表达产物需要经过复杂的分离纯化才能达到食品医药标准。与之相比,乳酸菌作为人和动物肠道内正常菌群之一,已被证明具有诸多益生功能,而且被公认为安全无毒的 (Generally regarded as safe,GRAS) 。因此,采用乳酸菌表达的外源蛋白质可免去上述复杂、繁琐的后提纯工艺;同时,乳酸菌可以在肠道中存活定植,其外源基因表达用于治疗或免疫作用的活性物质可以持续地在肠道中产生,成为人和动物体内功能性生物制剂的“加工车间”,从而起到相应的保护和治疗性作用。

乳酸菌(Lacticacidbacteria ,LAB )是一类能够发酵糖类产生乳酸的革兰氏阳性细菌[1],具有诸如缓解乳糖不耐症、调节消化道微生态平衡等益生作用,应用领域十分广泛。随着近二十几年来分子生物学的发展,以乳酸菌作为宿主,利用质粒表达外源基因,对乳酸菌进行改造以进一步提高其功能已成为目前的研究热点之一。乳酸菌常用质粒载体主要有pWV01衍生载体,pNZ 系列载体[2]等。质粒pMG36e 来源于pWV01载体,于1989年由VanDeGuchte [3]以乳酸乳球菌乳脂亚种蛋白酶基因的转录和翻译信号为基础构建而成,质粒大小约为3.6Kb ,便于宿主携带,可表达被克隆的各种基因。目前已在乳球菌属 (Lactotoccus ),链球菌属(Streptococcus ),乳杆菌属(Lactobacillus )等中成功表达如溶菌酶、苯丙氨酸氨酶[4]、枯草杆菌中性蛋白酶[5],以及超氧化物歧化酶[6]等以及其他蛋白基因,近年来也有学者[7]对其进行改造,成功构建了食品级载体。是目前应用较多的一个组成型表达载体。本文主要从载体构成,表达外源基因与构建食品级载体等三方面进行综述。

一、 载体的构成

载体 pMG36e 由强启动子p32及其下游的部分开放阅读框、多克隆位点和来自乳酸乳菌乳脂亚种(Lactococcuslactissubsp.cremorisWg2)蛋 白 酶 基 因

[8](prtP )的转录终止子以及 pWV01复制子和来自于质粒pE194[9]的红毒素抗性基因Emr 构成,质粒大小为3.6Kb 。质粒pMG36e 的构成使其有利于表达外源基因。其中强启动子P32于1987年由VanderVossen 等[10]利用鸟枪法从乳脂链球菌(S.cremoriswg2)克隆得到,p32包括开放阅读框架和一个能够被大肠杆菌(E.coli )、枯草芽孢杆菌(B.subtilis )、乳链球菌(S.lactis )识别的核糖体结合位点。pWV01复制子来源于广宿主乳球菌质粒 pWV01[11],能在一系列细菌中行使功能,这其中包括大肠杆菌(E.coli ),枯草杆菌 (B.subtilis )、乳球菌、乳杆菌、化脓性链球菌(S.pyogenes )和血链球菌(S. sanguis )等[3]。位于翻译启始信号下游的多克隆位点可使外源基因在合适的阅读框架内插入。由于大肠杆菌与枯草杆菌可作为构建重组质粒的中间宿主,这极大地提高了该质粒的表达效果和扩展了宿主应用范围。

二、利用pMG36e 载体的基因表达

自 20世纪 80年代 VanDeGuchte 成功构建该质粒以来,已利用该载体表达动植物和细菌的外源基因达十几种,并成功构建了多种具有特定功能的基因工程 乳酸菌。

2.1 细菌素基因的研究

与抗生素相比,大部分细菌素只对近缘关系的细菌有损害作用,安全性比较高,因此对细菌素作用机制的研究有很重要的意义。1996年,Franke 等[12]用 pMG36e 表达与β-半乳糖苷酶(β-Galactosidase )融合的细菌素转运与成熟相关的lcnD 基因,以研究乳球菌素运输机制。Diep 等[13]将载体 pMG36e 和其衍生载体pMG37e 用于戊糖片球菌(Pediococcuspentosaceus )细菌素诱导基因中的penIR 和penIF 的表达和免疫基因结构基因诱导基因簇peiA penA penI RKR 的表达研究。2007年该研究小组,又将pMG36e 用于乳球菌素A (lactococcinA )研究,证明其利用甘露糖磷酸转移酶系统作为受体。除此以外,pMG36e 也用于植物乳杆菌素(plantaricin )423免疫蛋白的表达研究,和作为中间载体探讨乳链菌素(nisin )抗性机制以及用于表达肠道菌素(enterocin )AS48的as48ABCRNA 片段。

2.2酶类的研究

2.2.1溶菌酶 VanDeGuchte 等[14]在成功构建质粒pMG36e 后,插入一段母鸡溶菌酶(HEL )蛋白编码序列,构建质粒pMG36eHEL ,通过使用兔抗HEL 抗血清 (蛋白印记法)在 乳球菌中检测到符合预期大小(17KDa )的融合蛋白。

2.2.2几丁质酶1994年,Brurberg 等[15]将革兰氏阴性菌粘质沙雷氏菌(SerratiamarcescensBJL2000)的几丁质酶基因克隆到乳酸乳球菌乳亚种MG1363和用于青储饲料的植物乳杆菌E19b (L.plantarum E19b )中,并得到表达,且具有抗真菌活性。

2.2.3其它酶类 除此以外,先后有学者成功利用该载体在旧金山乳杆菌(L.sanfrancisco )、乳杆菌、乳酸乳球菌进行诸如α-淀粉酶、黑曲霉F246(Aspergillusniger ,F246)、植酸酶phyA 、人类谷胱甘肽S转移酶(glutathione S transferase )、木聚糖酶以及GFP 等蛋白的表达[19~23]。1990年,VanDeGuchte 等[5]将枯草杆菌中性金属蛋白酶基因插入pMG36e ,并将其转入到乳酸乳球菌乳亚种MG1363菌株,成功进行了表达并检测到活性。

2.3用于发酵乳制品

功能性乳制品是指除具有一般乳制品固有的化学成分和营养作用外,还含有某些特殊营养物质或功能性成分,兼有一种或多种特定生理保健功能的乳制品[24]。采用基因工程技术改良菌种的性状,是研发功能性乳制品的一个重要手段。

2.3.1 SOD 发酵酸奶 超氧化物歧化酶(superoxidedismutase,SOD )是生物体防御氧自由基损伤的重要酶类,广泛存在于需氧生物、耐氧生物及某些厌氧微生物中。SOD 主要分为三类,即Fe SOD、Mn SOD和Cu/Zn SOD。其中Fe SOD主要存在于原核生物,Cu/Zn SOD主要存在于包括人类在内的所有高等真核生物中,而Mn SOD则在高等生物的线粒体及细菌中[6]。SOD 具有有延缓机体衰老、抗电离辐射作用、增强耐缺氧和抗疲劳能力、促进婴幼儿生长发育、调节机体免疫功能、提高对炎症和肿瘤等疾病抵抗力等保健作用[16],生产SOD 乳制品具有重要意义。1993年,Roy 等[17]率先将大肠杆菌Mn SOD 克隆到表达载体pMG36e ,转化到携带SOD 的乳酸乳球菌和缺乏SOD 的加氏乳杆菌(L.gasseri )中。我国学者[6,18]分别将在乳酸乳球菌与保加利亚乳杆菌(L.bulgaricusL6032)中实现人铜锌超氧化物歧化酶Cu/Zn SOD基因和大肠杆菌锰超氧化物歧化酶基因的表达,增强保加利亚乳杆菌对氧的耐受性,为下一步SOD 发酵奶的研制奠定了基础。

2.3.2 低乳糖乳制品 发酵酸奶的过程中,在β-半乳糖苷酶的作用下,牛奶中只有25%~50%的乳糖被乳酸菌分解,还有较多的乳糖存在。Wang 等[19]利用质粒pMG36e 将来自于保加利亚乳杆菌wch9901的 β-半乳糖苷酶基因在乳 酸乳球菌乳脂亚种MG1363中表达,其后又将来自于德氏乳杆菌保加利亚亚种的β-半乳糖苷酶在大肠杆菌中进行非融合表达。使用具有半乳糖苷酶活性的乳酸菌生产乳制品,可为解决乳糖不耐症提供了方法。

2.3.3 防癌保健乳制品 谷胱甘肽硫转移酶(GST )家族是真核生物重要的解毒酶类。人谷胱甘肽硫转移酶(hGST )对于多种来源的致癌物、诱变剂、具有重要的解毒作用。向华等将人谷胱甘肽硫转移酶A1基因的cDNA 序列亚克隆于表达载体pMG36e ,获得hGST A1乳酸乳球菌表达株,可望应用于研制防癌保健乳制品。

2.4 科学研究与基因治疗

2.4.1 研究益生作用机制 由于很难检测体内吸附在肠上皮细胞的益生菌,因此,到目前为止都没有很好的方法来衡量其在肠道内的吸附能力,蒋爱民等利用pMG36e 构建携带lux 基因的重组质粒pMG36eluxAB 和pMG36eluxCDABE ,经电转化获得带lux 基因的发光乳球菌。这为研究体内益生菌的分布和存活率以及有利于人体健康的机制提供了思路。

2.4.2 外源基因表达的报告系统 Raha 等将凝结芽孢杆菌ST 6(Bacilluscoagulans ST 6)中的聚糖酶基因亚克隆到载体pMG36e ,构建了重组载体可作为大肠杆菌和乳球菌含报告基因的载体。Duplessis 等[20]利用pMG36e 作为中间载体,通过构建pMG36eSapS 研究了金黄色葡萄球菌非特异性酸性磷酸蛋白酶(nonspecificacid phosphatase)在革兰氏阳性与阴性菌中表达的报告基因。

2.4.3 疾病治疗 自1999年以来,有学者利用pMG36e 构建携带有苯丙氨酸脱氨酶(PAL )的重组质粒,并得到具有一定酶活性的基因工程菌株,将其制成不同剂型灌喂高苯丙氨酸血症模型大鼠,发现其外周血苯丙氨酸脱氨酶水平显著降低,为基因疗法治疗苯丙酮尿症开辟了一条新途径[4]。另外,pMG36e 还应用于口服疫苗的研制,用于避免幽门螺杆菌的感染等。

三、食品级载体应用

食品级载体(food-gradevector )是安全、稳定的,可在食品加工中使用的质粒载体。它应具备以下基本条件:(1)选择标志必须是食品级的;(2)表达载体中的启动子、核糖体结合位点、终止子和分泌信号等DNA 片段必须来自食品级微生物;(3)启动子的诱导物也必须是食品级的。

pMG36e 参与构建食品级载体主要分为以下两种途径:

一是表达外源基因作为食品级细菌素。Mccormick 等在表达载体 pMG36e 中插入食肉乳杆菌素Carnobacteriocin B2的结构基因,转化到广布肉杆 菌LV13菌中并获得表达。Carnobacteriocin B2是一类小分子热稳定肽(SHSP ),此类乳酸菌素杀菌机理主要是细菌素能吸附在细胞膜上并形成孔道,使得细胞膜的通透性增加从而引起细胞内各种离子的渗漏和能量物质的消耗,导致细胞解体死亡[21]。

二是用食品级基因代替pMG36e 的抗性基因构建食品级载体。Jenog 以载体pMG36e 为基础,使用来自于植物乳杆菌的α-半乳糖苷酶(aga )基因替换红霉素抗性基因作为选择标记,成功在乳酸乳球菌中构建食品级表达/分泌载体,该载体可用来生产食品或药品。孙强正将质粒pMG36e 的p32启动子片段及乳酸乳球菌MG1363未知分泌蛋白(Usp45)基因的核糖体结合位点、分泌信号肽和成熟肽前11个氨基酸的编码序列(SPusp45)克隆到食品级载体pSH91中,构建分泌型食品级表达载体pSQ ,为目的蛋白的的分泌性表达及食品级疫苗的研制奠定了基础。

四、小结与展望

载体pMG36e 已用来表达多种基因,这为乳酸菌基因工程及分子生物学的研

究提供了一种技术平台,应用涉及到食品、保健、医药,为相关学科的深入研究提供重要的分子克隆的工具。

今后的研究重点应着眼错误!未找到引用源。于拓展“食品级”载体的宿主谱、提高表达产物的生物活性等。构建出的“食品级”乳酸菌高效表达载体系统有望在发酵工程和口服功能性生物制剂方面得到长足的发展。

错误!未找到引用源。

参考文献:

[1]. de Vos, W.M., Gene expression systems for lactic acid bacteria. Curr Opin Microbiol, 1999. 2(3): p. 289-95.

[2]. Jeong, D.W., et al., A food-grade expression/secretion vector for Lactococcus lactis that uses an alpha-galactosidase gene as a selection marker. Food Microbiol, 2006. 23(5): p. 468-75.

[3]. 吕晓英, 乳球菌基因克隆载体系统的研究近况. 现代预防医学, 2003(02): 第222-225页.

[4]. van de Guchte, M., et al., Construction of a lactococcal expression vector: expression of hen egg white lysozyme in Lactococcus lactis subsp. lactis. Appl Environ Microbiol, 1989. 55(1): p. 224-8.

[5]. 向华等, 欧芹苯丙氨酸脱氨酶cDNA 在乳酸乳球菌中的表达研究. 微生物学报, 1999(03): 第10-18页.

[6]. 谭华荣向华卫文仲, 人铜锌超氧化物歧化酶基因的克隆和在乳酸乳球菌中的表达. 生物工程学报, 2000. 16(1): 第6-9页.

[7]. van der Vossen, J.M., et al., Characterization of transcription initiation and termination signals of the proteinase genes of Lactococcus lactis Wg2 and enhancement of proteolysis in L. lactis. Appl Environ Microbiol, 1992. 58(9): p. 3142-9.

[8]. Horinouchi, S. and B. Weisblum, Nucleotide sequence and functional map of pE194, a plasmid that specifies inducible resistance to macrolide, lincosamide, and streptogramin type B antibodies. J Bacteriol, 1982. 150(2): p. 804-14.

[9]. van de Guchte, M., et al., Heterologous gene expression in Lactococcus lactis subsp. lactis: synthesis, secretion, and processing of the Bacillus subtilis neutral protease. Appl Environ Microbiol, 1990. 56(9): p. 2606-11.

[10]. van der Vossen, J.M., D. van der Lelie and G. Venema, Isolation and characterization of Streptococcus cremoris Wg2-specific promoters. Appl Environ Microbiol, 1987. 53(10): p. 2452-7.

[11]. Leenhouts, K.J., et al., Nucleotide sequence and characterization of the broad-host-range lactococcal plasmid pWVO1. Plasmid, 1991. 26(1): p. 55-66.

[12]. Franke, C.M., et al., Topology of LcnD, a protein implicated in the transport of bacteriocins from Lactococcus lactis. J Bacteriol, 1996. 178(6): p. 1766-9.

[13]. Diep, D.B., et al., Data mining and characterization of a novel pediocin-like bacteriocin system from the genome of Pediococcus pentosaceus ATCC 25745. Microbiology, 2006. 152(Pt 6): p. 1649-59.

[14]. Diep, D.B., et al., Common mechanisms of target cell recognition and immunity for class II bacteriocins. Proc Natl Acad Sci U S A, 2007. 104(7): p. 2384-9.

[15]. Van Reenen, C.A., W.H. Van Zyl and L.M. Dicks, Expression of the immunity protein of plantaricin 423, produced by Lactobacillus plantarum 423, and analysis of the plasmid encoding the bacteriocin. Appl Environ Microbiol, 2006. 72(12): p. 7644-51.

[16]. Sun, Z., et al., Novel mechanism for nisin resistance via proteolytic degradation of nisin by the

nisin resistance protein NSR. Antimicrob Agents Chemother, 2009. 53(5): p. 1964-73.

[17]. Fernandez, M., et al., Processing of as-48ABC RNA in AS-48 enterocin production by Enterococcus faecalis. J Bacteriol, 2008. 190(1): p. 240-50.

[18]. Brurberg, M.B., et al., Expression of a chitinase gene from Serratia marcescens in Lactococcus lactis and Lactobacillus plantarum. Appl Microbiol Biotechnol, 1994. 42(1): p. 108-15.

[19]. 霍丹群等, phyA基因的克隆及其新型表达载体的构建. 中国兽医科技, 2004(03): 第26-30页.

[20]. Xiang, H., et al., Human glutathione-S-transferase: cloning and expression in Lactococcus lactis. Biomol Eng, 2000. 16(6): p. 207-9.

[21]. Somarny, W.M., et al., Cloning and expression of Vibrio cholerae virulence gene, accessory cholera enterotoxin (ace). Southeast Asian J Trop Med Public Health, 2004. 35(4): p. 856-62.

学号:***

姓名:***

专业:***


相关内容

  • 恒大绿洲载体桩施工方案
  • 洛阳恒大绿洲48班中学 F区及操场观看台载体桩施工方案 编 制 人:审 核 人:批 准 人:日 期: 河南国安建设集团有限公司 目 录 一.编制依据及工程概况 二.工程地质条件 三.施工方案 四.项目经理部及劳动力配置 五.主要施工机械及材料设备供应 六.确保工程质量的技术组织措施 七.确保安全文明 ...

  • 载体桩施工组织设计
  • 施 工 组 织 设 计 编制:________ 审核:________ 公司 二0一一年五月 目 录 第一部分 工程.地质概况-------------.2 第二部分 施工依据及施工工艺-----------.2 第三部分 工程质量保证措施------------.4 第四部分 工程质量管理措施-- ...

  • 基因工程的基本操作程序说课稿
  • 一.说教材 : 高中生物选修3第一章基因工程,是选修3整本书的重点,它是其它几个章节的基础.而其中第二节基因工程的基本操作程序又是该章节的重中之重,是本专题的核心,是考试的重点和难点.上承DNA重组技术的基本工具,下接基因工程的应用,难点多,内容杂,较抽象,学生不易理解,可分两次课来上.这里我先说第 ...

  • 生物选修三作业及答案
  • 1.苏云金杆菌(Bt)能产生具有杀虫能力的毒素蛋白.图21是转Bt 毒素蛋白基因植物的重组DNA 形成过程示意图:图22是毒素蛋白基因进入植物细胞后发生的两种生物大分子合成的过程,据图回答下列问题. (1)将图21①的DNA 用Hind Ⅲ.BamH Ⅰ完全酶切后,反应管中有 种DNA 片段.过程② ...

  • 人教版高中生物选修三假期作业
  • 人教版高中生物选修三假期作业 基因工程概念相关问题: (1)操作对象:____________ (2)操作环境:____________ (3)目的:按照人们的愿望,创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品. (4)手段:通过________________________和__________ ...

  • 我的学期阶段小结
  • 为学校的发展带来了前所未有的发展契机。学校围绕“办让人民满意教育,创让人民满意学校,做让人民满意教师”的主题,坚持认真学习和实践“xxxx”重要思想,坚持为学生的发展奠基、对家长的重托负责的理念,以创平阳县品牌初中为目标,努力提高学校办学水平和积极树立良好教育形象,全校上下共呼吸,同命运,在困难中思 ...

  • 供电局加强职工队伍建设经验交流材料
  • ,石嘴山供电局工会从发挥工会"大学校"职能入手,以提升全员学习能力为宗旨,主动适应企业新的形势和任务,深入调研,不断创新,充分发挥工会培养人.教育人.凝聚人.引导人.塑造人的作用,从小处着眼,细节入手,力求办实事,出实招,求实效,通过"八大"载体,提升职工学习 ...

  • 载体桩规范及细则见证取样制度节能细则
  • 黄石市下陆区东方大道拆迁还建詹本六 还建点工程竣工监理质量评估报告 总监理工程师: 企业技术负责人: 编 制 时 间:2012年6月30日 桩基工程质量评估报告 监理项目部于2010年月日开始对该工程的桩基子分部施工阶段监 理,经建设单位.设计单位承包单位.监理单位的共同努力下,于2012年月日兰天 ...

  • 探矿工程(岩土钻掘工程)
  • 2007年第6期 探矿工程(岩土钻掘工程)47 压力分散型锚索现场抗拔试验测试与分析 王虎法 (中铁十八局集团第二工程有限公司,河北唐山063030) 摘要:以福宁高速公路福鼎分水关至福安坞段A3标段八尺门互通区滑坡整治工程为实例,对现场采用的压力分散型锚索进行抗拔试验研究,详细介绍了该新型锚索的抗 ...