酿酒酵母表达系统与毕赤酵母表达系统之比较
生物探索 · 2018/09/21
酵母作为单细胞低等真核生物,具有易培养、繁殖快、便于基因操作等优点,渐渐被开发作为外源基因表达系统。酿酒酵母和毕赤酵母是常见的两种酵母表达系统,酿酒酵母是一种单细胞真核生物,但其具有与高等真核生物相同的许多基因、细胞器和功能。其分泌路径在结

酵母作为单细胞低等真核生物,具有易培养、繁殖快、便于基因操作等优点,渐渐被开发作为外源基因表达系统。酿酒酵母和毕赤酵母是常见的两种酵母表达系统,酿酒酵母是一种单细胞真核生物,但其具有与高等真核生物相同的许多基因、细胞器和功能。其分泌路径在结构和功能上与哺乳动物分泌系统的许多情况相似,包括蛋白折叠和降解的能力,糖基化和分泌蛋白的能力,因此酿酒酵母适合于表达科学和商业上有价值的异源蛋白。

毕赤酵母目前已是仅次于大肠杆菌的最常用蛋白表达系统,广泛应用于实验室规模的蛋白质制备、表征以及结构解析等方面,已有上千种蛋白在毕赤酵母系统中得到成功地表达。美迪西科研人员建立了成熟的酵母表达纯化服务平台,提供优质的重组蛋白在毕赤酵母和酿酒酵母中的表达与纯化服务。酿酒酵母表达系统和毕赤酵母表达系统都属于酵母表达系统,那么它们之间有什么区别呢?

1、酿酒酵母表达系统

酿酒酵母是一种与人类生活密切相关的酵母,很早以前人们就开始利用它进行酒的酿造和发酵面包。作为真核生物的模式菌,酿酒酵母是目前了解最完全的真核生物,其全序列的测定已于1996 年完成。在酿酒酵母中表达了人a-干扰素,开始将酿酒酵母表达系统推向了应用开发。此后很多具有应用价值的基因在酿酒酵母表达系统中得到成功表达,如乙肝表面抗原和核心抗原、粉蛋白酶、凝乳蛋白酶及许多细胞因子。

酿酒酵母系统表达外源基因具有很多优点:

(1)酿酒酵母长期广泛地应用于食品工业,不产生毒素,安全性好,已被美国FDA 认定为(2)安全性生物,其表达产物不需经过大量宿主安全性实验;

(3)酿酒酵母是真核生物,可以对蛋白进行翻译后加工;

(4)表达产物可分泌表达,易于纯化;

(5)酿酒酵母生长迅速、工艺简单、成本低;

(6)遗传背景清楚,易进行操作。

但也有不足:

(1)对真核基因产物的翻译后加工与高等真核生物有所不同,重组蛋白常发生超糖基化,每个N一糖基链上都含10 0个以上的甘露糖,是正常的十几倍;

 (2)酿酒酵母不易进行高密度发酵,表达产物产量低;

(3)该表达系统质粒易丢失,传代不稳定;

(4)分泌效率低,> 30 kD 的蛋白质几乎不分泌。

2、毕赤酵母表达系统

巴斯德毕赤酵母表达系统是一种外源蛋白的高效表达系统。20世纪60-80 年代研究者发现了巴斯德毕赤酵母可以利用甲醇作为碳源和能源,后来又有公司开发了毕赤酵母的高密度培养技术,使细胞干重达130g/L发酵液;随后巴斯德毕赤酵母作为外源基因表达系统被开发出来。研究人源分离出了毕赤酵母中的AOX1基因(包括AOX1的强启动子),构建了毕赤酵母的载体,从此开始利用此表达系统进行了大量外源基因的表达。

巴斯德毕赤酵母作为外源基因表达系统具有很多优点:(1)具有目前已知最强的启动子—AOX启动子;(2)可进行高密度培养,利于工业化生产;(3)产物既可胞内表达又可分泌表达,易于纯化;(4)产物表达量高,最高可达十几克/ 升;(5)整合型表达,菌株遗传稳定;(6)与酿酒酵母相比,产物糖基化程度低,糖基化位点为Asn-X-Ser/Thr,与哺乳类细胞相同适合医用。

3、酿酒酵母表达系统与毕赤酵母表达的比较

在实验室进行了人抗凝血酶班在酵母系统中表达的比较实验, 结果表明在酿酒酵母中表达产物活性低,在毕赤酵母中表达活性很高。可能与两种酵母系统不同的转录后修饰有关,因此毕赤酵母比酿酒酵母更适于高等生物基因的表达。巴斯德毕赤酵母含两个醇氧化酶基因A O X I 和A O X与大肠杆菌和酿酒酵母等宿主不同,毕赤酵母自身没有稳定存在的游离型载体,所有的表达载体都要整合到酵母的基因组上。虽然有PAOX1、PGAP等强启动子,但由于整体上拷贝数较低,外源表达量不足。因此,早期的研究为了提高蛋白表达水平,主要是通过构建和筛选载体发生多次整合的多拷贝菌株来提高外源蛋白的产量。

(1)酿酒酵母和毕赤酵母的不同

(2)酿酒酵母和毕赤酵母的表达水平的比较

(3)酿酒酵母和毕赤酵母表达能力的比较

酿酒酵母具有一定的翻译后加工能力和糖基化修饰,但是不能使所表达的外源蛋白质正确糖基化,一般超糖基化;产物蛋白质不均一,信号肽加工不完全,内部降解,多聚体形成等。表达外源蛋白占菌体总蛋白的10%,分泌表达时分泌效率相比较低。

毕赤酵母表达产物具有适当糖基化,进行高甘露糖型糖基化,与哺乳动物不同。且表达的产物具有脂肪酰化、蛋白磷酸化等翻译后修饰加工功能。但是分泌表达的蛋白在培养中可以被自身分泌的蛋白酶降解。表达外源蛋白约占菌体总蛋白的30%,表达水平高,即可在胞内表达,又可分泌型表达。


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