甲烷單加氧酶的克隆與表達
化學先生 / 2019-07-29
在1994年和1996年,美國Jahng和Wood發(fā)表了以OB3b菌為背景的基因工程菌降解三氯乙烯和氯仿的研究結果,當時由于構建的基因工程菌活性極低,所以他們認為該基因工程菌可能沒有活性。2002 年,Wood在Microbiol. Comm.上又發(fā)表文章指出,1994年和1996年發(fā)表的那兩篇論文,對基因工程菌活性的判斷可能有誤。他們認為,第一個以菌株OB3b為背景構建的Psudomonas Putida F1是有活性的,因為對TCE(三氯乙烯)的降解活性為5nmol/(min.mg)。而在1996年的報道中,由于他們使用的是休止細胞,對TCE的降解率雖然只為6~ 8μmol/(L.5h),但也有相應量的氯化物產(chǎn)生。第2個證據(jù)是MMO缺失型P. Putida F1,在甲苯不足的葡萄糖培養(yǎng)液中生長,不能表達甲苯雙加氧酶,故P. Puida F1菌株也不能降解TCE,而含sMMO的基因工程菌P. Putida F1是能夠降解TCE的。這就證明了sMMO的活性可以進行成功表達。1996 年的報道還表明,來自于OB3b的sMMO重組基因,在P. Putida F1、Agrobacterium tumefaoiens A114 和Rhizobium meliloti 102F34 三個不同宿主中表達,采用標準的MMO活性分析方法,測定它們的粗提取液對丙烯環(huán)氧化的活性,也得到類似結果。因此可以斷言,在1994年和1996年的報道中,基因重組的sMMO雖然活性極低,但畢竟還是有活性,應該是可溶性甲烷單加氧酶基因的首次成功表達。

在2003年日本京都大學理工研究所年報中,F(xiàn)ukuda 等報道了來自Meth-ylocystis sp. M菌株的羥基化酶基因高效表達結果。根據(jù)所報道的Methylo-cystis sp. M菌株的基因序列信息,PCR 擴增了羥基化酶的亞基,并將其克隆到PET質粒系統(tǒng),表達在E.coli中。a、β亞基是以攜帶組氨酸標簽的包涵體形式表達的,γ亞基是以溶解形式表達的,在E.coli 中超過50%的總蛋白為a、β亞基。 1999年,Lloyd報道了sMMO基因在M. tricbosporium 的sMMO缺失型菌株中表達,其活性為140nmol/(L. . min) (丙烯環(huán)氧化測定法),這一結果比野生菌活性提高了三倍。由此證明,在同源宿主中表達,其活性可比在異源宿主中表達高很多。
目前,來自于OB3b的sMMO基因,在Meth ylomicrobium album BG8和Meth. ylocystisparvus OBBP這兩個sMMO缺失型菌株中沒有獲得成功表達。但這兩個宿主仍被認為是表達sMMO的最好宿主,因為它們的親緣性很近,可能含有使蛋白質正確折疊的組裝蛋白。通過含有相同啟動子的寬宿主范圍質粒,轉人到該宿主細胞中,有可能得到高活性sMMO表達。使用sMMO缺失型OB3b的突變菌株可以同源表達sMMO基因,盡管突變菌株的獲得非常困難,但還是解決MMO基因工程菌活性較低的方法之一。將卡那霉素標記插入到染色體的MMOX基因中,用來交換標記的突變菌株,已經(jīng)可以用于產(chǎn)生突變的sMMO,該突變菌株表現(xiàn)出sMMO缺失。pMMO呈陽性顯性,這個重組的質粒載體是PVR100Sc,它含有天然的啟動子和sMMO操縱子,被成功構建后表現(xiàn)為sMMO陽性顯性。在野生的OB3b中,Cu2+大于0.25pmol/L就抑制了sMMO的活性,而將重組質粒PVR100Sc轉導人sMMO缺失型的OB3b宿主中,這個重組的基因工程菌表現(xiàn)子對Cu2+的不敏感性; Cu2+大于0.75pumol/L時,sMMO仍然可以穩(wěn)定表達。在該條件下,添加過量的還原酶后,sMMO僅僅在無細胞提取液中才能被檢測到,因為Cu2+在細胞外抑制了還原酶的活性。在高Cu2+濃度的基因工程菌中,sMMO能夠穩(wěn)定表達,可能是由于增加了攜帶在質粒PVR100Sc上的基因拷貝數(shù),這也是唯一篇有關重組菌與野生菌具有相同活性的報道。在低Cu2+濃度時,重組菌的活性是野生菌的3倍,這就表明,有可能利用此系統(tǒng)進行sMMO的原位突變和構效關系研究。使用T7聚合酶表達系統(tǒng),宿主為大腸桿菌,表達sMMO的組分B和還原酶,其表達產(chǎn)物是有活性的,而表達羥基化酶時活性極低,幾乎沒有活性。分析原因,有可能是在異型宿主中,沒有酶的后期組裝蛋白所引起的。