蚕丝蛋白作为一种具有独特化学和物理性质的多功能生物材料，在各个应用领域都具有广泛的发展前景。 其中，蜘蛛丝以其强大的机械强度备受关注。 重组生产是大规模生产蜘蛛丝最有前途的方法。 但由于产品宿主毒性特性，收率低，蛋白质纯化难度大，蜘蛛丝蛋白的大规模批量生产仍然困难。 日前，美国伦斯勒理工学院化学与生物工程系的研究人员在《微生物细胞工厂：巨型芽孢杆菌重组蜘蛛丝的生产和分泌》杂志上发表了最新研究成果。 在这项研究中，研究人员设计了芽孢杆菌巨型生成来分泌重组蜘蛛丝蛋白。 该方法利用SEC途径进行生产，有效解决了宿主毒性和纯化困难的问题。 研究证实，分泌信号序列的选择在分泌中起着至关重要的作用。 最终数据显示，该方法在烧瓶培养物中的分泌滴度约为 100 mg l。 
近年来，利用基因工程重组生产蜘蛛丝蛋白已成为实现该物质工业化规模生产的有力途径。 这项工作已在各种宿主生物中取得了不同程度的成功，包括细菌、酵母、哺乳动物细胞、昆虫细胞、转基因植物和转基因动物。 然而，重组蜘蛛丝的大规模生产仍然是一个挑战。 除此之外，重组丝蛋白在原核和真核宿主中的表达还存在质粒不稳定性高、宿主毒性、蜘蛛丝蛋白构建体溶解度低、转录和翻译错误等问题。 为了解决上述问题，在这项研究中，这些菌株由巨型芽孢杆菌 MS941 的亲本菌株构建，并进行了基因编辑以产生模仿天然蛛网膜蛋白的 A5 4MER 蛋白。 研究人员通过编辑将巨型芽孢杆菌构建体上的组氨酸标签从 N 端移至 C 端，以促进 SEC 通路的分泌功能。 这是因为革兰氏阳性菌可以通过 SEC 分泌途径将重组蛋白直接分泌到培养基中，并且这种简洁的方法已被证明可以避免对底盘细胞进行更广泛的编辑。 这种新的 A5 4mer 基因被克隆到一组五种不同的芽孢杆菌巨生成表达载体中，每个载有 A5 4mer 基因开始之前独特的分泌信号序列 （SS），即 -amy、Lipa、NPRM、Yoch 和 YNGK。 先前已发现这些序列有助于 bacillus megamegalium 中重组纤维素酶的分泌。 初步培养结果表明，菌株YNGK和YOCH成功分泌蚕丝蛋白。 然而，有趣的是，完全去除SS可以防止宿主分泌细丝。 此外，数据表明，改变单配子芽孢杆菌中重组细丝产生的翻译起始位点 （TIS） 不会影响蛋白质分泌，这与之前在其他革兰氏阳性宿主中重组蛋白分泌的发现相反。 之后，进一步优化反应条件。 结果表明，在M9培养基中，在37°C（补充1%W V葡萄糖作为碳源和能量源）的基础上，以LB培养基为基础）。进一步添加谷氨酸、组氨酸、异亮氨酸、苯丙氨酸、脯氨酸、酪氨酸、赖氨酸和蛋氨酸有助于缓解代谢瓶颈。 与不含氨基酸的LB或M9培养基相比，重组蚕丝蛋白分泌滴度提高了135%，分泌滴度达到982±6.5 mg/l。同时，研究人员发现，在这种方法下产生的丝蛋白对宿主生物体的毒性较小，并增强了宿主在基于葡萄糖的最小培养基中的表现。 
图丨YNGK菌株在LB、M9和补充M9培养基中分泌A5 4mer滴度（**微生物细胞工厂）关于下一步的研究计划，研究团队指出，将实施RT-qPCR和代谢通量分析，以准确了解芽孢杆菌宿主系统对蚕丝蛋白生产的响应变化。 此外，这项工作的初步结果可以支持对更广泛的SS和启动子强度的进一步研究，这将有助于破译串联翻译起始位点影响的机制。 材质**官方** 网上新闻 免责声明：本文旨在传达合成生物学最新资讯，不代表平台立场，也不构成任何投资建议和推荐，以公司官方公告为准。 本文不是**计划推荐，如需获得**计划指导，请到正规医院治疗。