酵母基因在瑞氏木霉中表达的一例是:酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)DPM1基因(编码甘露糖基磷酸多萜醇合成酶)的编码区插入到pLMRS3质粒中,在瑞氏木霉pki启动子和cbh2终止子控制下表达。在pFG1质粒(含有瑞氏木霉pyr4基因)存在下,与pLMRS3质粒一起对瑞氏木霉的一种pyr4阴性突变株TU-6进行共转化。然后筛选pyr4阳性转化子,得到4株多拷贝DPM1基因串联整合的稳定转化子。与受体菌株TU-6相比,转化子的甘露糖基磷酸多萜醇合成酶活力提高了15-19倍,分泌的蛋白总量也提高了4倍[14]。
除以上蛋白外,被表达的真菌蛋白还包括肌醇六磷酸酶等。这些酶都是在cbh1启动子下表达,摇瓶培养产量达100mg/L水平。发酵培养中,产量为每升几克。在cbh1启动子的控制之下,来自担子菌纲的真菌Phlebia radiate的氧化还原酶(如:漆酶)的产量也达到中等水平
3.2哺乳动物蛋白
瑞氏木霉已被用于牛凝乳蛋白酶的生产。利用cbh1启动子和终止子,通过共转化外源基因与来自构巢曲霉(Asp.nidulans)的amdS基因一起引入乙酰胺非利用型菌株。测量到的凝乳酶mRNA和分泌出的凝乳酶的量要比相应的cbh1 mRNA和CBHI的量低1-2个数量级。这表明牛凝乳蛋白酶在瑞氏木霉中的表达受到了转录限制。但是,所获得的40mg/L的水平,与典型的在构巢曲霉素中的2-10mg/L的最初水平相比,还是一个可喜的进步[15,16]。
另外,据文献报道,利用其它丝状真菌生产的几种人体蛋白是:表皮生长因子(hEGF),生产激素(hGH),白细胞介素6,组织血纤维蛋白溶酶原激活因子(htPA)等。
Fab分子是由抗体完整的轻链和重链的Fd部分,由链间二硫链连接在一起。这种分子曾由木霉成功地生产出来,并用于研究其分泌过程。利用cbh1启动子和信号序列,分别构建了表达轻链和重链的表达盒。首先构建的是只产生轻链的菌株,然后用2种不同的重链表达载体进行再转化。这两种载体分别指导Fd链或者与CBHI核心-连接区融合在Fd链的表达。只产生轻链的菌株分泌的轻链水平很低(0.2mg/L)。对前一种重链载体的转化体来说,在摇瓶培养中,分泌的有可能的Fab分子为1mg/L。在具有cbh1-Fd融合结构的转化体菌株中,观察到产量有显著增长。最优菌株能分泌40mg/L具有免疫活力的CHBI-Fab融合蛋白。在发酵培养中,水平增长到150mg/L.然而,没有融合到CBHI上的Fab分子,水平仍为1mg/L。有趣的是,一种未知的木霉蛋白酶在CBHI-Fab融合蛋白的N-端特异去除2个氨基酸,能产生少量的Fab分子。释放的Fab分子表现出免疫活性和对抗原的亲和性,而CBHI-Fab分子的免疫活性要低5-12倍。对分离到的抗体链进行定量测定表明,分泌出的所有轻链都和重链组装在一起。CBHI-Fab产物的上清液中,含有显著数量(800mg/L)的CBHI核心-连接区肽,它们来自CBHI-Fd融合分子。这样,CBHI-Fd的产生是非常有效的(大于800mg/L),但其中只有少量(40mg/L)装配成有功能的CBHI-Fab分子(或者,释放的Fab分子)。这表明轻链的产生可能是限制性因素[17,18]。
4 总结
丝状真菌瑞氏木霉已被成功地用于生产同源和异源蛋白。利用基因工程构建具新生状的菌株,在蛋白类物质的生产方面已取得重要进展。其中,在提高丝状真菌异原蛋白产量的过程中,基因融合的方法特别值得注意。典型作法是,将编码有目的蛋白的基因融合到自然情况下分泌性良好的内源蛋白基因如葡萄糖淀粉酶、纤维二糖水解酶基因的下游。这种方法已在由Asp.awamori分泌牛凝乳蛋白酶(Ward等,1990),Asp.nidulans分泌白细胞介素6的过程中,被证明有效的(Contreras等,1991)。有趣的是,当外源蛋白整合到CBHI核心-连接区上时,产量能够提高。在牛凝乳蛋白酶的例子中,产量提高3-5倍;就抗体片段而言,产量提高50多倍(Nyysonen等地993)。
由上可见,在瑞氏木霉中已发现出多种分子系统,采用不同的策略用于同源和异源蛋白的生产。为了提高产量,使用强表达和有效分泌纤维素酶CBHI基因的不同部分,已被证明是一种有效的方法。虽然在基因组的分区段也可获得外源基因的有效表达,但cbh1启动子很强,而且cbh1位点对于表达似乎也有益。将外源蛋白融合到CBHI的核心-连接区,能够恢复对高水平表达起重要作用的区段,如:翻译起始位点、信号肽序列及其作用位点。通过基因工程和发醇培养生产同源和异源蛋白,需要进一步地改进。对于不同的培养条件,包括含葡萄糖的培养基,应该发展出不同的生产策略,策略和技术的发展将会拓宽瑞氏木霉生产重组蛋白的范围。由于瑞氏木霉在大规模生产条件中(高达360m2发酵液)的良好表现,所以它特别适于所需大量蛋白的生产[19]。遗憾的是,目前国内在这方面的研究尚未见报导。山东大学微生物技术国家重点实验室正在开展对于瑞氏木霉的分子生物学研究,已克隆到瑞氏木霉进行菌株改造,通过基因定位置换整合,破坏其木糖醇脱氢酶基因,从而构建木糖醇生产菌。
随着瑞氏木霉分子生物学研究的开展及基因工程的瑞氏木霉的应用,使我们构建多种具有良好商业潜力的菌株成为可能。我们相信利用木霉大量生产多种酶和药用产品,将不断被证明是行之有效的。
参考文献
Durand H,M,Clanet,and G,Tiraby,Enzyme Microb,Technol,1988;10:341-345
Salovuori I,Makarow M,et al.Biotechnology,1987;5:152-156
Helena