Optimization of culture on the overproduction of TRAIL in high-cell-density culture by recombinant Escherichia coli
- 作者
- Qingping Luo, Ya-Ling Shen, Dong-Zhi Wei, Wei Cao
- 杂志
- Applied Microbiology and Biotechnology（2005）
- DOI
- 10.1007/s00253-005-0131-6
- 所属领域
- 发酵工程
- 关键词
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解决的核心问题
在高密度培养重组大肠杆菌生产TRAIL过程中，乙酸积累和培养策略不当导致目标蛋白产量低，需要优化培养条件以提高TRAIL产量。
研究策略
系统考察诱导前比生长速率、诱导后碳源（葡萄糖与甘油）以及补料策略（指数补料与pH-stat补料）对TRAIL产量的影响，通过调控比生长速率和采用合适的碳源及补料方式实现高产量。
核心内容
针对重组大肠杆菌高密度培养生产TRAIL产量低的问题，研究系统考察了诱导前比生长速率、诱导后碳源种类及补料策略的影响。结果表明，较高的诱导前比生长速率（μ=0.22 h⁻¹）有利于蛋白表达，此时TRAIL占细胞总蛋白的7.2%，产量为1.99 g/L，显著高于μ=0.1 h⁻¹时的5.1%（1.29 g/L）。诱导后以甘油替代葡萄糖作为碳源，TRAIL产量提高1.59倍。进一步对比补料方式发现，采用pH-stat补料策略较指数补料更为有效，最终TRAIL产量达到4.51 g/L，占细胞总蛋白的16.1%，同时培养液中乙酸浓度仅为1.65 g/L，有效抑制了代谢副产物的积累。研究通过联合调控比生长速率、碳源种类和补料策略，实现了TRAIL的高水平表达，所建立的优化方法对其它重组蛋白的高密度发酵生产同样具有参考价值。
创新点
发现较高的诱导前比生长速率（μ=0.22 h^-1）有利于TRAIL表达；证明甘油作为诱导后碳源优于葡萄糖；采用pH-stat补料策略显著提高TRAIL产量至4.51 g/L，占细胞总蛋白的16.1%。
研究对象（2）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| Escherichia coli C600 | TRAIL异源表达 | TRAIL | TRAIL (114-281 aa) | 调控 | 目的重组蛋白，由温度诱导型质粒pBV-TRAIL表达 |
| Escherichia coli C600 | 乙酸合成途径 | pta | 磷酸转乙酰酶 | 催化 | 文中提及pta突变体使乙酸积累降低，TRAIL表达量下降至对照的50%，说明该酶对乙酸生成和蛋白表达有重要影响 |
关键发现
- 在诱导前比生长速率μ=0.22 h^-1时，TRAIL占细胞总蛋白的7.2%，产量为1.99 g/L，而μ=0.1 h^-1时仅为5.1%（1.29 g/L）
- 甘油作为诱导后碳源比葡萄糖产量高1.59倍
- 指数补料时甘油产TRAIL达3.16 g/L（11.2%），pH-stat补料时产量增至4.51 g/L（16.1%），乙酸浓度仅1.65 g/L
- 连续培养中μ=0.22 h^-1时TRAIL表达水平最高为16.8%。
研究结论
通过采用适当的诱导前比生长速率（0.22 h^-1）、诱导后以甘油为碳源并利用pH-stat补料策略，可有效控制乙酸积累并大幅提高重组大肠杆菌中TRAIL的产量，该策略也适用于其他重组蛋白的生产。