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谷氨酰胺转氨酶(EC 2.3.2.13,transglutaminase,TG)是一种催化肽或蛋白质伯胺之间的γ-羧酰胺基团与酰胺基团发生酰基转移反应的酶。蛋白质或多肽经谷氨酰胺转氨酶催化交联后稳定性较高,对蛋白酶降解和化学损伤具有更高的抵抗力,因此,它们被广泛应用于食品、药物、纺织、材料等各个工程领域。微生物来源的谷氨酰胺转氨酶(MTG)由于底物催化范围广泛、酶活不依赖Ca2+存在等优点,成为目前的研究重点,但存在生产成本高、纯化过程复杂的问题。本文以茂源链霉菌(Streptomyces mobaraensis)来源的mtg为研究对象,为了提高MTG的产量和酶活,分别在枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)和乳酸乳球菌(Lactococcus lactis)中构建MTG组成型和诱导型重组表达载体,分别对MTG的异源表达时间、诱导时间和诱导剂浓度进行优化,得到高产量重组B.subtilis菌株和重组L.lactis菌株;通过酶原激活和Ni柱纯化,得到高酶活性的MTG,相比于商品MTG,酶原激活后的MTG催化交联大豆分离蛋白的能力更强。主要实验结果如下:(1)提取S.mobaraensi 基因组DNA,将其作为模板,扩增mtg基因,再与异源信号肽SPwapA/amyQ融合,将融合片段SPwapA/amyQ-mtg分别与组成型(pMA5)和诱导型(pHT43)表达载体连接,在大肠杆菌(Escherichia coli)中构建重组质粒pMA5mtg与pHT43mtg,并转化到B.subtili 中进行MTG的异源分泌表达。SDS-PAGE蛋白电泳显示,信号肽SPwapA可以指导MTG在B.subtilis中进行分泌表达,野生型B.subtilis 168分泌产生的MTG相比于六种蛋白酶缺失型B.subtilis WB600略高,但无明显差异,说明MTG可能不会被B.subtilis.中六种内源性细胞外蛋白酶/肽酶所降解,当表达时间在48 h时,重组B.subtil.168获得最高产量的MTG;信号肽SPamyQ可以指导MTG在B.subtilis 168中进行分泌表达,在终浓度为80μM IPTG诱导下表达12 h时,获得最高产量的MTG。发酵液经酶原激活和Ni柱纯化后,测得SPwapA指导分泌产生63.0±0.6 mg/L MTG,酶比活力为27.0±0.4 U/mg;SPamyQ指导分泌产生54.1 ±0.3 mg/L MTG,酶比活力为29.6±0.9 U/mg。与SPwapA相比,SPamyQ从枯草芽孢杆菌中指导分泌的S.moaraensis MTG较低,这可能是由于B.subtilis的天然信号肽因亲缘性较高而具有更好的外源蛋白运输能力,或者是因为通过Sec途径指导分泌的MTG不如该蛋白质的Tat途径有效。将酶原活化后所得成熟MTG应用到大豆分离蛋白交联反应中,发现MTG可有效催化大豆分离蛋白形成交联,且其催化效果相比于商品MTG较高。(2)提取A.Nmobaraenisis基因组DNA,将其作为模板,扩增mtg基因,再与异源信号肽SPusp45融合,将融合片段SPusp45-mtg分别与组成型(pNZ8048-p5)和诱导型(pNZ8048)表达载体连接,分别构建了由组成型启动子(Pp5)和诱导型启动子(PnisA)启动转录的MTG重组表达载体pNZ8048-Pp5-SPusp45(K2A)-promtg和pNZ8048-SPusp45-promtg,分别在L.lactis中进行异源分泌表达。SDS-PAGE蛋白电泳显示,在组成型启动子Pp5控制下,信号肽SPusp45(K2A)可以指导MTG在L.lacti 中进行分泌表达,当表达时间为12 h时,获得最高产量的MTG;在诱导型启动子PnisA控制下,信号肽SPusp45可以指导MTG在L.lactis中进行分泌表达,在终浓度为5 ng/mL的Nisin诱导下表达48 h时,获得最高产量的MTG。发酵液经酶原激活和Ni柱纯化后,测得SPusp45(K2A)指导分泌产生70.5±0.4 mg/L MTG,酶比活力为30.6±0.5U/mg;SPusp45指导分泌产生65.2±0.5mg/LMTG,酶比活力为29.4±0.3U/mg。SPusp45(K2A)与SPusp45指导分泌MTG的量无明显差别,说明由于Ncol限制性位点的引入导致信号肽SPusp45的2位赖氨酸突变为丙氨酸对L.lactis中异源MTG的分泌没有影响。将酶原活化后所得成熟MTG应用到大豆分离蛋白交联反应中,发现MTG可有效催化大豆分离蛋白形成交联,且其催化效果相比于商品MTG较高。(3)对MTG重组表达菌株L.lactis(pNZ8048-SPusp45-promtg 进行优化,将mature mtg克隆到L.lactis(pNZ8048-SPusp45-promtg)中,企图改善重组菌株L.lactis的生长,从而提高异源 pro-MTG-6iis的分泌表达。测定 L.lactis(pNZ8048-SPusp45-promtg-Nmature-mtg)与L.lactis(pNZ8048-SPusp45-promtg)重组菌株的生长曲线,曲线绘制结果显示,L.lactis(pNZ8048-SPusp45-promtg-mature-mtg)菌株在指数生长期具有较快的增长速率,达到稳定期后,菌株OD600稳定在3.2左右,说明mature MTG的存在改善了L.lactis重组菌株的生长。相同诱导条件下,L.lactis(pNZ8048-SPusp45-promtg-mature-mtg)分泌产生的Pr-MTG-6His 比 L.lactis(pNZ8048-SPusp45-promtg)多,说明mature MTG的存在可能促进了L.lactis菌株的生长,从而加快了细胞物质合成,提高了异源pro-MTG-6His的分泌表达。