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浅析毕赤酵母细胞表达系统的优势及其问题

浅析毕赤酵母细胞表达系统的优势及其问题

选择合适的表达系统是蛋白质体外成功表达的关键,毕赤酵母表达系统是目前最为成功的外源蛋白表达系统之一,属于酵母表达系统的一种。酵母表达系统作为一种后起的外源蛋白表达系统,由于兼具原核以及真核表达系统的优点,正在基因工程领域中得到日益广泛的应用,应用此系统可高水平表达蛋白,且具有翻译后修饰功能,故被认可为一种表达大规模蛋白的强有力的工具。
    酵母表达的特点:酵母是一种单细胞低等真核生物,培养条件普通,生长繁殖速度迅速,能够耐受较高的流体静压,用于表达基因工程产品时,可以大规模生产,有效降低了生产成本。自1987年Gregg等首次在毕赤酵母中表达乙型肝炎表面抗原(HBsAg)到1995年,已有40多种外源蛋白在毕赤酵母宿主菌中获得表达。而最近几年每年报道的在毕赤酵母中表达的外源基因就有几十种,且一年比一年多,与其它表达系统相比,毕赤酵母表达系统具有以下优势:  
(1)含有特有的强有力的AOX(醇氧化酶基因)启动子,用甲醇可严格地调控外源基因的表达;  
(2)表达水平高,即可在胞内表达,又可分泌型表达。毕赤酵母中,报道的最高表达量为破伤风毒素C为12g/l,一般大于1g/l。绝大多数外源基因比在细菌、酿酒酵母、动物细胞中表达水平高。一般毕赤酵母中外源基因都带有指导分泌的信号肽序列,使表达的外源目的蛋白分泌到发酵液中,有利于分离纯化;  
(3)发酵工艺成熟,易放大。已经有大规模工业化高密度生产的发酵工艺,且细胞干重达100g/l以上,表达重组蛋白时,已成功放大到10000升;  
(4)培养成本低,产物易分离。毕赤酵母所用发酵培养基十分廉价,一般碳源为甘油或葡萄糖及甲醇,其余为无机盐,培养基中不含蛋白,有利于下游产品分离纯化;而酿酒酵母所用诱导物一般为价格较高的半乳糖;  
(5)外源蛋白基因遗传稳定。一般外源蛋白基因整合到毕赤酵母染色体上,随染色体复制而复制,不易丢失;
(6)作为真核表达系统,毕赤酵母具有真核生物的亚细胞结构,具有糖基化、脂肪酰化、蛋白磷酸化等翻译后修饰加工功能。
    存在的问题
尽管甲醇营养型酵母表达系统被认为是极具发展前景的真核表达系统,许多表达产物已用于临床治疗及预防,但它并不是万能的表达系统,作为一种新的表达系统,和其它表达系统一样,巴氏系统也并非尽如人意,同样有其局限性,仍然存在这样或那样的缺陷或不足。如分泌产物的不均一性,包括聚合体的存在,发酵周期较长,易污染,且长时间的发酵不利于外源蛋白的表达;利用易燃的甲醇做原料,表达产物的卫生安全性需要考虑;筛选药物价格昂贵也给生产应用带来局限;低表达或不表达的例子也在增多。信号肽加工不完全,修饰功能欠完善以及内部降解等现象,给外源蛋白的纯化和工业化带来了困难。而且,与安全可靠、背景清楚的酿酒酵母相比,巴氏系统还有其它缺点:
(1)        分子生物学的研究基础差,要对其进行遗传学改造困难较大。
(2)        不是一种食品微生物,发酵时又要添加甲醇, 所以,要用它来生产药品或食品还没有被广泛接受。
(3)        发酵虽然能达到很高的密度,但是发酵周期一般较长。
    其中最重要的一个缺陷就是分泌表达的蛋白在培养基中被自身分泌的蛋白酶降解,由于甲醇酵母多采用高密度发酵,蛋白酶也会随着细胞密度的增高而增高。
近年来,毕赤酵母表达体系有了更为广泛的应用,表达的蛋白质除了人、畜药、疫苗制品外,还包括来自植物、动物和细菌的各种酶、膜蛋白、抗原和抗体、调节蛋白记忆可用于研究晶体结构的蛋白质。它还可以同时表达酶组分比例适当的一个酶系,而以全细胞作为生物催化剂。


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