链霉亲和素在大肠杆菌中高效表达及其复性与同时纯化的研究

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链霉亲和素(streptavidin,STV)是自然界中已知的最稳定的蛋白质之一。它能在高温、极端的pH、变性剂等存在的条件下,仍然保持生物活性。这种具有特殊稳定性的STV可以与生物素特异性结合,形成生物素-链霉亲和素系统(Biotin-streptavidin binding system,BSA)。该系统具有灵敏度高、特异性强、信号放大等优点,在生物科学领域中的运用非常广泛。因此,获得高产量、高纯度的STV是其发挥重要用途的前提条件。但是,由于天然的STV存在表达周期长、表达量低,而且其纯化方法极其繁琐、成本高、损失大等缺陷。所以,建立一种快速高效的分离纯化STV的方法至关重要。高效疏水相互作用色谱(High performance hydrophobic interaction chromatography, HPHIC)作为一种快速地、条件温和、分辨率高、重复性好的方法,已经广泛应用在蛋白质复性与纯化中。在本工作中,首先,为了克服天然STV表达周期长,产量低的缺陷,我们根据STV基因序列,设计合成了核心STV基因并在大肠杆菌(Escherichia coli,E.coli)中获得高效表达。表达的STV以包涵体形式存在,经洗涤、溶解于8.0mol/L脲中。然后,分别利用四种不同配基的固定相,在HPHIC模式下对STV进行复性与同时纯化的研究,以发展一类可以用来制备STV的新方法。本论文包括以下四个部分:1、文献综述STV具有极强的稳定性,可以与生物素结合,形成BSA系统,该系统的亲和力高、稳定性好,具有信号放大的功能,且在免疫发光技术、酶联免疫吸附等生物技术的应用中非常广泛。因此,本章节将对STV的结构与功能,重要用途以及高效液相色谱(HPLC)法进行综述。2、链霉亲和素在大肠杆菌中的高效表达与回收根据已经构建的STV工程菌,探讨了培养条件和发酵产物回收条件的影响。经过优化STV的表达条件的结果显示,当以2YT为培养基,以甘油为碳源,培养温度为37℃,IPTG终浓度为0.6 mmol/L的条件下诱导3h,STV表达量可达到43.6%;筛选不同类型的洗涤液,结果发现,当在Tris-HCl缓冲液中添加脱氧胆酸钠(DOC)时,获得的粗纯化STV纯度可达到68.7%。3、以卞胺为配基的固定相制备及其对链霉亲和素的纯化与同时复性以含有疏水基团和静电基团的卞胺为配基合成了一种新的HPHIC固定相,经元素分析法和X射线光电子能谱(XPS)证明苄基键合于硅胶基质。考察该固定相对蛋白质分离性能和保留特征。结果发现,在HPHIC模式下可以使细胞色素C、肌红蛋白质、溶菌酶、α-乳球蛋白、α-淀粉酶、胰岛素六种蛋白达到基线分离。然而,在弱阴离子交换色谱(WAX)模式下蛋白质不保留。通过考察在HPHIC模式下,pH和盐浓度变化对标准蛋白分离性能的影响。结果表明在pH为7.0,(NH42SO4浓度为3.0 mol/L时,蛋白质的分离性能最佳,证实该固定相的保留完全遵守HIC保留特性。将该固定相应用于鸡蛋清样品的分离中,同时与在苯基、苯乙胺、苯丙胺和色氨酸柱分离鸡蛋清对比,结果发现不同配基显示不同的分离性能;对猪心样品分离可以获得质量回收率为97.2%,纯度96.4%的Cyt-c。对STV发酵产物样品复性与纯化,可以获得纯度为93.3%,质量回收率为30.1%的STV。4、高效疏水相互作用色谱法对STV复性与同时纯化分别利用合成的苯乙胺、苯丙胺和色氨酸三种不同配基的固定相以及卞胺固定相对STV进行复性与同时纯化的研究。在HPHIC模式下,这四种固定相对STV复性与纯化,结果发现,相同色谱条件下,以色氨酸为配基的固定相获得的STV复性效率和纯度都远高于以卞胺、苯乙胺和苯丙胺为配基的固定相。进一步优化以色氨酸为配基的固定相对STV复性与纯化过程的色谱条件,结果显示,当流动相pH为7.5,添加的脲浓度为3.0 mol/L时,STV的纯度可达到95.3%,质量回收率为48.7%。圆二色谱和生物活性实验确认三种固定相均能使STV得到复性与纯化。利用RPLC和Cs-930双波长薄层色谱扫描仪分析产物纯度,其结果一致。
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