目前常用的外源基因表达系统主要分为两类:原核表达系统和真核表达系统。

前者主要包括大肠杆菌表达系统和枯草杆菌表达系统, 后者一般包括酵母表达系统、昆虫/杆状病毒表达系统、哺乳动物细胞表达系统以及新兴的转基因植物表达系统等。

在这众多的表达系统中酵母表达系统因其培养比较方便、简单、价格低廉、外源蛋白表达量高、表达的蛋白活性好、能进行翻译后修饰等诸多优点脱颖而出, 成为目前最主要的外源基因表达系统。

酵母表达系统有众多品质优良的宿主菌株, 包括酿酒酵母、毕赤酵母、多形汉逊酵母、乳酸克鲁维酵母、粟酒裂殖酵母、解脂耶氏酵母和Arxula adeninivorans等。

下面介绍四种常用的酿母表达系统及其特点。

1酿酒酵母表达系统酿酒酵母是传统的生物技术生物, 也是第一个完成全部基因组测序的真核生物。

在过去的三十年中已经被设计来表达了多种重组蛋白。

酿酒酵母广泛地用于食品工业, 具有安全无毒, 对氧气的需求低, 遗传背景清楚, 操作简单等优点。

同时也有一些不足之处, 与其他的酵母菌相比, 其糖基化能力最强, 可导致蛋白质的过度糖基化和分泌率降低, 不易进行高密度发酵, 表达质粒易于丢失等。

2毕赤酵母表达系统甲醇型毕赤酵母在不存在抑制碳源的情况下可以利用甲醇作为其唯一的碳源和能源。

毕赤酵母具有醇氧化酶AOX1基因启动子, 这是目前已知的最强、调控机理最严格的启动子之一, , 方便工业化生产, 很多蛋白都用这个启动子获得了高效表达。

毕赤酵母可进行胞内和分泌表达外源蛋白, 倾向于将蛋白分泌出体外, 包括一些高分子的蛋白, 而酿酒酵母则偏向于将蛋白留在外周胞质中。

由于内源性蛋白在细胞外基质的水平相对较低, 如此相当于对分泌的蛋白进行了简单的纯化。

与酿酒酵母相比, 毕赤酵母表达的产物糖基化程度低, 蛋白活性高, 更适合于高等生物基因的大量表达。

3 多形汉逊酵母表达系统多形汉逊酵母具有和毕赤酵母相同的利用甲醇作为碳源和能源的代谢途径, 但其又具有不存在于其他甲醇营养型酵母的硝酸盐同化途径。

多形汉逊酵母有很多优点:耐高温, 最适生长温度是37~43℃, 最高可忍受49℃的高温, 所以非常适合于生产热稳定的酶和用于结晶学研究的蛋白质;多形汉逊酵母可以达到高细胞密度, 能有效地分泌分子量高达150KDa的蛋白, 经过800个培养周期, 载体还能被稳定地整合到多形汉逊酵母的基因组, 提供了一个可靠地蛋白表达过程;能进行准确的翻译后加工;产物表达量高等, 是一种潜力巨大的外源基因表达系统。

4 Arxula adeninivorans表达系统A.adeninivorans是依赖于温度的二相性酵母, 温度在42℃以下时进行出芽生殖, 超过42℃时形成菌丝体, 最高耐受温度为48℃, 菌丝体时期能获得比出芽生殖期浓度更高的蛋白。

它是单倍体, 无致病性, 可以利用多种复杂的化合物作为其碳源和能源, 包括正烷烃和淀粉, 具有耐热性和耐盐性。

此外, A.adeninivorans在培养过程中可以产生并分泌几种胞外酶到培养基中, 包括RNA酶, 蛋白酶, 各种葡糖苷酶如葡糖淀粉酶, β-葡萄糖苷酶, 果胶酶, 木糖苷酶, 酸性磷酸酶, 海藻糖, 纤维二糖, 蔗糖酶和植酸酶。

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