Cheese whey-induced high-cell-density production of recombinant proteins in Escherichia coli
- 作者
- Mikko I Viitanen, Antti Vasala, Peter Neubauer, Tapani Alatossava
- 单位
- Biotechnology Laboratory, REDEC of Kajaani, University of Oulu; Bioprocess Engineering Laboratory, Department of Process and Environmental Engineering, Biocenter Oulu, University of Oulu
- 杂志
- Microbial Cell Factories（2003）
- DOI
- 10.1186/1475-2859-2-2
- 所属领域
- 发酵工程
- 关键词
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解决的核心问题
利用乳制品废料（乳清/乳清渗透物）作为廉价诱导剂替代昂贵的IPTG，用于大肠杆菌中重组蛋白的高密度生产。
研究策略
在矿物盐培养基中，以乳清或浓缩乳清渗透物（CWP）作为乳糖来源诱导lac启动子驱动的重组基因表达，并通过甘油补料维持诱导期能量供给，实现高细胞密度fed-batch发酵。
核心内容
该研究探索以乳制品工业废料乳清及浓缩乳清渗透物（CWP）替代昂贵诱导剂IPTG，在大肠杆菌中实现重组蛋白的高细胞密度生产。研究在矿物盐培养基中，以乳清或CWP作为乳糖来源激活lac启动子，并通过甘油补料维持诱导期能量供给，进行补料分批发酵。摇瓶实验中，乳清或CWP诱导的乙醇脱氢酶（Adh）活性与0.5 mM IPTG相当，纯乳糖诱导活性在20小时较IPTG高17%。高密度发酵中，CWP/甘油混合物诱导的胞壁质酶（Mur）最高总酶活达86500 U/ml（约1.08 g/l，占总可溶蛋白4%），细胞湿重135 g/l、干重32 g/l；Adh发酵中CWP诱导细胞湿重203 g/l、产量7200 U/g，与IPTG诱导（200 g/l、7000 U/g）相当。发酵结束时乳糖消耗约35%，甘油近完全消耗，丁酸积累7.4-10.4 g/l。结果表明，未经预处理的乳清及CWP可直接作为诱导剂和碳源，产量与IPTG相当甚至更优，成本显著降低，为技术酶的低成本工业生产提供了可行替代方案。
创新点
首次直接利用未经预处理的乳清及浓缩乳清渗透物作为重组蛋白生产的诱导剂和碳源，无需纯化乳糖；证明其效果可与IPTG媲美，且成本更低。
研究对象（2）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| Escherichia coli BL21(DE3) | lac operon | mur | muramidase | 催化 | 来自Lactobacillus delbrueckii subsp. lactis噬菌体LL-H的细胞壁水解酶，用pET21c载体表达 |
| Escherichia coli RB791 | lac operon | adh | alcohol dehydrogenase (Adh) | 催化 | 来自Lactobacillus的乙醇脱氢酶，用pQE30载体表达，产物对宿主毒性较低 |
关键发现
- 摇瓶实验中，乳清或乳清渗透物诱导的Adh活性与0.5 mM IPTG相当，纯乳糖诱导活性在20小时比IPTG高17%
- 添加酵母提取物（0.5 g/l）反而降低产量
- 高密度fed-batch发酵中，CWP/甘油混合物诱导的Mur最高总酶活达86500 U/ml（约1.08 g/l，占总可溶蛋白4%），细胞湿重135 g/l、干重32 g/l
- Adh发酵中CWP诱导细胞湿重203 g/l、产量7200 U/g，与IPTG诱导（200 g/l、7000 U/g）相当
- 发酵结束时乳糖消耗约35%，甘油消耗近100%，丁酸积累约7.4-10.4 g/l。
研究结论
乳清和浓缩乳清渗透物可作为IPTG的替代诱导剂用于重组高细胞密度fed-batch发酵，产品产量与IPTG相当，在低密度摇瓶实验中甚至更高，且无需预处理，适用于技术酶的生产。