发明内容
本发明旨在解决上述问题。
本发明的目的之一是提供用一种高效生产单磷酸阿糖腺苷的方法,将前述基因工程菌应用于生产阿糖腺苷及单磷酸阿糖腺苷的方法。
本发明的目的之二是提供一种共表达嘌呤核苷磷酸化酶和尿苷磷酸化酶的基因工程菌及其制备方法。
发明人认为阿糖腺苷生物转化反应的关键是得到高表达的嘌呤核苷磷酸化酶和尿苷磷酸化酶菌体。
分子克隆技术已发展了三十多年,以大肠杆菌为宿主的相关克隆、表达技术已非常成熟。对一个已明白机理的生物转化反应,如参与的蛋白不多,想要获得多酶高表达的菌株,用分子克隆技术去克隆表达需要的蛋白通常是最直接有效的。本发明即是如此。利用PCR扩增或限制酶克隆或化学合成技术克隆大肠杆菌的尿苷磷酸化酶和嘌呤核苷磷酸化酶,并将他们克隆到能在大肠杆菌中表的目标质粒中相应位点,得到可以共同表达嘌呤核苷磷酸化酶和尿苷磷酸化酶的表达载体,再将此表达载体转入大肠杆菌,即得到所述的基因工程菌。
所述的肠杆菌是DH5α、BL21或Jm109。
所述的目标质粒是下列之一pETDuet-1,pACYCDuet-1,pCDFDuet-1,pRSFDuet-1,pCOLADuet-1。
制备所述的共表达嘌呤核苷磷酸化酶和尿苷磷酸化酶的基因工程菌的方法如下:利用PCR扩增或限制酶克隆或化学合成技术克隆大肠杆菌的尿苷磷酸化酶和嘌呤核苷磷酸化酶,并将他们克隆到能在大肠杆菌中表的目标质粒中相应位点,得到可以共同表达嘌呤核苷磷酸化酶和尿苷磷酸化酶的表达载体,再将此表达载体转入大肠杆菌,即得到所述的基因工程菌。
具体可按如下步骤进行:
(1)根据genebank中公布的大肠杆菌嘌呤核苷磷酸化酶的基因序列和尿苷磷酸化酶的基因序列,分别设计并合成引物;
(2)分别PCR扩增嘌呤核苷磷酸化酶的基因序列和尿苷磷酸化酶的基因序列;
(3)把嘌呤核苷磷酸化酶的基因序列和尿苷磷酸化酶的基因序列克隆到目标质粒中;
(4)把含有嘌呤核苷磷酸化酶基因和尿苷磷酸化酶基因的目标质粒转入大肠杆菌,即得所述基因工程菌。
本发明可以通过以下方式调整了嘌呤核苷磷酸化酶和尿苷磷酸化酶在基因工程菌中的表达比例,达到最优化:表达基因序列的优化;基因转录启动子的优化;核糖体结合位点的优化。嘌呤核苷磷酸化酶和尿苷磷酸化酶最佳的表达比例以蛋白浓度为参照在1∶3到3∶1之间;以酶活为参照最好1∶1,范围从2∶1到1∶2都可以接受。
本发明二酶共表达的基因工程菌表达的嘌呤核苷磷酸化酶和尿苷磷酸化酶可以是细胞内表达,也可以通过在目标质粒中插入信号肽使之细胞周质表达。胞内表达的菌体可以不处理直接投料用于阿糖腺苷的生产,或可以通过纯化后用于阿糖腺苷的生产;周质表达的菌体也可以直接于阿糖腺苷的生产,或通过简单的渗透压变化提取的方法得到含嘌呤核苷磷酸化酶和尿苷磷酸化酶混合纯酶液,其中这两种蛋白占总蛋白的含量80%以上,纯度达90%以上为最佳。
所述的共表达嘌呤核苷磷酸化酶和尿苷磷酸化酶的基因工程菌应用于生产阿糖腺苷,可做如下优化:
(1)反应需要底物阿糖尿苷,底物腺嘌呤;两者浓度可以是5mM-300mM;;浓度之比可以从3∶1到1∶3不等;
(2)反应需要磷酸根离子参与,其浓度与嘌呤核苷磷酸化酶和尿苷磷化酶的反应速度相关。根据菌体表达的嘌呤核苷磷酸化酶和尿苷磷化酶的蛋白比例,通过调整磷酸根浓度可协调生物反应过程的这两个酶的反应速度,不使任意一个酶的反应速度过低而成为整个反应速度的限制瓶颈。磷酸根浓度可以在5mM-600mM之间;
(3)反应pH控制应综合考虑酶活最适pH、酶稳定pH、产物得率最大pH。通常选在pH6.0-10.0之间;
(4)本发明中的二酶共表达的基工程菌体或其纯化酶液都可用于阿糖腺苷的生产反应。菌体直接使用方式的用量为0.1-10%(菌体湿重/反应体积);纯化酶液方式的用量为与0.1-10%菌体(菌体湿重/反应体积)酶活力相当的酶液量;
(5)反应温度的选择要考虑到酶的最大反应速度、酶的稳定性和底物的溶解度。其范围在25℃-80℃。
所述的共表达嘌呤核苷磷酸化酶和尿苷磷酸化酶的基因工程菌应用于生产阿糖腺苷,具体操作步骤:
(1)将所述的共表达嘌呤核苷磷酸化酶和尿苷磷酸化酶的基因工程菌在LB液体中培养至OD600nm=0.4-0.8时,加入终浓度为0.4-1mM的IPTG进行诱导表达3-5小时产生和积累嘌呤核苷磷酸化酶和尿苷磷酸化酶,离心取菌体;
(2)在磷酸钠溶液PH6.0-9.0、浓度5mM-600mM,阿糖尿苷和腺嘌呤的浓度为5-300mM,反应温度30℃-80℃,菌体用量0.1-10%(菌体湿重g/溶液体积ml)的条件下,反应时间1-24小时,分离纯化后即得到阿糖腺苷。
本发明还提供一种制备单磷酸阿糖腺苷的方法,应该用本发明得到的阿糖腺苷经惰性气体保护在缚酸剂、催化剂的作用下经磷酸化后,处理即得单磷酸阿糖腺苷。
本发明提到的上述特征,或实施例提到的特征可以任意组合。本案说明书所揭示的所有特征可与任何组合物形式并用,说明书中所揭示的各个特征,可以任何可提供相同、均等或相似目的的替代性特征取代。因此除有特别说明,所揭示的特征仅为均等或相似特征的一般性例子。
下面结合具体实施例,进一步阐述本发明。应理解,这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法,通常按照常规条件或按照制造厂商所建议的条件。
除非另行定义,文中所使用的所有专业与科学用语与本领域熟练人员所熟悉的意义相同。此外,任何与所记载内容相似或均等的方法及材料皆可应用于本发明方法中。文中所述的较佳实施方法与材料仅作示范之用。
实施例1
嘌呤核苷磷酸化酶和尿苷磷酸化酶共表达的大肠杆菌菌种构建。
(1)根据genebank中公布的序列设计引物
大肠杆菌嘌呤核苷磷酸化酶基因引物设计
引物(A):5′-CCCATGGCTACCCCACACATTAATGCAG-3′
引物(B):5′-CCAAGCTTGGTTACTCTTTATCGCCCAGCAGAAC-3′
大肠杆菌尿苷磷酸化酶基因引物设计
引物(C):5′-CGCCATATGTCCAAGTCTGATGTTTTTC-3′
引物(D):5′-CCGCTCGAGTTACAGCAGACGACGCGCCG-3′
(2)PCR扩增基因
PCR反应模板为大肠杆菌DH5α基因组DNA
PCR反应体系(30μl):
PCR反应条件:
PCR产物纯化采用《天根PCR产物回收试剂盒》回收。
(3)表达质粒的构建
用NcoI和HindIII分别双酶切质粒pETDuet-1和嘌呤核苷磷酸化酶基因扩增产物,酶切产物用《天根琼脂糖胶DNA回收试剂盒》回收,然后采用T4DNA连接酶在4℃进行间接反应16hr;连接后的反应产物转化宿主菌E.coli JM109感受态细胞,挑选阳性克隆,在LB培养基中37℃过夜培养后提取小量质粒进行酶切和电泳验证,得到含有嘌呤核苷磷酸化酶基因的表达质粒;用NdeI和XhoI分别双酶切含有嘌呤核苷磷酸化酶基因的表达质粒和尿苷磷酸化酶基因扩增产物,酶切产物用《天根琼脂糖胶DNA回收试剂盒》回收,然后采用T4DNA连接酶在4℃进行间接反应16hr;连接后的反应产物转化宿主菌E.coli JM109感受态细胞,挑选阳性克隆,在LB培养基中37℃过夜培养后提取小量质粒进行酶切合电泳验证,得到含有嘌呤核苷磷酸化酶基因和尿苷磷酸化酶基因的表达质粒。
(4)表达菌种的构建
把含有嘌呤核苷磷酸化酶基因和尿苷磷酸化酶基因的表达质粒转化JM109DE3感受态细胞,挑选阳性克隆,菌株命名UP-I。