Enhanced cell-surface display of a heterologous protein using SED1 anchoring system in SED1-disrupted Saccharomyces cerevisiae strain
- 作者
- Takahiro Bamba, Kentaro Inokuma, Tomohisa Hasunuma, Akihiko Kondo
- 单位
- Department of Chemical Science and Engineering, Graduate School of Engineering, Kobe University; Graduate School of Science, Technology and Innovation, Kobe University; Biomass Engineering Program, RIKEN
- 杂志
- Journal of Bioscience and Bioengineering（2017）
- DOI
- 10.1016/j.jbiosc.2017.09.013
- 所属领域
- 代谢工程
- 关键词
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解决的核心问题
酵母细胞壁蛋白容纳能力有限，导致异源酶在细胞表面展示量受限，需要提高细胞壁对异源蛋白的锚定容量以提升酶活。
研究策略
敲除酿酒酵母内源细胞壁蛋白基因SED1，利用SED1锚定系统展示来自棘孢曲霉的β-葡萄糖苷酶（BGL1），通过酶活测定和nano-UPLC-MS相对定量比较细胞壁相关BGL1的量，并评估纤维二糖发酵性能。
核心内容
本研究在酿酒酵母中通过敲除内源细胞壁蛋白基因SED1，利用SED1锚定系统展示来自棘孢曲霉的β-葡萄糖苷酶（BGL1），旨在提高异源蛋白在细胞表面的展示量。作者构建了SED1敲除株BYsed1Δ-BG及对照株BY-BG-SS，通过酶活测定和nano-UPLC-MS相对定量比较细胞壁相关BGL1的水平。结果表明，在72小时培养时，敲除株的细胞表面BGL1活性比对照高22%，细胞壁相关BGL1量高19%，且SED1敲除对细胞生长无显著影响（最大比生长速率分别为0.383和0.397 h⁻¹，最终细胞密度分别为3.35和3.52 g/L）。在100 g/L纤维二糖直接发酵中，两菌株乙醇产量分别为42.3±1.5和41.8±0.8 g/L，无显著差异，但敲除株培养基中葡萄糖积累更高。该策略通过释放内源Sed1占据的细胞壁空间，有效提升了SED1锚定系统的展示效率，为构建高效全细胞生物催化剂提供了可行方案。
创新点
首次利用串联质谱（nano-UPLC-MS）相对定量酵母细胞壁表面展示的异源酶；通过敲除SED1释放细胞壁空间，提高了Sed1融合蛋白的展示效率。
研究对象（3）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| Saccharomyces cerevisiae BY4741 | 细胞壁蛋白锚定 | SED1 | Sed1 | 区室化 | 内源的主要细胞壁蛋白，在稳定期高表达，敲除后为异源展示蛋白释放空间 |
| Saccharomyces cerevisiae BY4741sed1Δ | 纤维二糖水解及乙醇发酵 | BGL1 | BGL1（β-葡萄糖苷酶） | 催化 | 来自棘孢曲霉Aspergillus aculeatus，与Sed1锚定区域融合展示在细胞表面 |
| Saccharomyces cerevisiae BY4741sed1Δ | 蛋白分泌 | — | 米根霉葡糖淀粉酶分泌信号肽 | 转运 | 用于引导BGL1分泌至细胞壁 |
关键发现
- 在72 h培养时，SED1敲除株BYsed1Δ-BG的细胞表面BGL1活性比对照株BY-BG-SS高22%
- 细胞壁相关BGL1量高19%
- SED1敲除对细胞生长无显著影响（μmax分别为0.383和0.397 h⁻¹，最终细胞密度分别为3.35和3.52 g/L）
- 在100 g/L纤维二糖直接发酵中，两菌株的乙醇产量分别为42.3±1.5和41.8±0.8 g/L，无显著差异，但BYsed1Δ-BG培养基中葡萄糖积累更高。
研究结论
SED1敲除能够有效提高使用SED1锚定系统的异源蛋白展示效率，因为释放了原本由内源Sed1占据的细胞壁空间，该策略可用于构建高效全细胞生物催化剂。