转牛LDHA基因酿酒酵母构建及产乳酸能力分析

【目的】探究转牛乳酸脱氢酶A基因(LDHA)酿酒酵母发酵制备食品级乳酸的可行性,为采用转基因商业酿酒酵母规模化制备乳酸提供技术支撑。【方法】从NCBI网站检索牛LDHA基因编码序列,并将编码序列中的同义密码子替换为酿酒酵母偏好密码子,经人工合成后导入酿酒酵母表达载体pAUR123,再将重组表达载体p AUR123-LDHA导入商业化酿酒酵母EC1118株,采用Aureobasidin A筛选转基因酿酒酵母。将转基因及非转基因酿酒酵母EC1118株分别接种于含200 g/L葡萄糖的YPD液体培养基中连续培养5 d,期间检测2组酿酒酵母的LDHA活性及其发酵产乳酸能力,以评估转牛LDHA基因酿酒酵母发酵制备乳酸的可行性。【结果】牛LDHA基因编码序列长1170 bp,共编码389个氨基酸残基;以酿酒酵母偏好密码子替换牛LDHA基因编码序列中的同义密码子,其替换率高达58.35%。牛LDHA在酿酒酵母中的预计半衰期>20 h,其二级结构富含α-螺旋和无规则卷曲。替换后的牛LDHA基因编码序列由表达载体pAUR123携带导入酿酒酵母中,经Aureobasidin A筛选获得1株转基因酿酒酵母菌株,命名为EC1118-LDHA。转基因酿酒酵母EC1118-LDHA株以200 g/L葡萄糖为碳源,发酵24 h后的LDHA活性达4.7±1.2 mU/mg,发酵2~3 d后约制备出30 g/L乳酸,同时产生约70 g/L乙醇,乳酸产出率约为0.15 g/g葡萄糖。【结论】将替换酿酒酵母偏好密码子后的牛LDHA基因编码序列导入酿酒酵母中能成功构建转牛LDHA基因酿酒酵母,牛LDHA基因的导入不会影响商业化酿酒酵母的发酵能力,且赋予了酿酒酵母以200 g/L葡萄糖为碳源约制备出30 g/L乳酸的能力。因此,采用转牛LDHA基因酿酒酵母制备食品级乳酸完全可行。

克雷伯氏菌产1,3-丙二醇ldhA基因缺失菌株的构建

克雷伯氏菌(Klebsiella pneumonia)甘油歧化发酵生产1,3-丙二醇(1,3-PD)的过程中,乳酸是氧化途径最主要的副产物,乳酸的产生和积累,不仅限制了菌体本身的生长,而且严重影响了1,3-丙二醇的转化率。利用λRed重组技术对Klebsiella pneumonia中的酶乳酸脱氢酶基因(ldhA)进行改造。在λRed重组系统作用下,将带有300 bp的线性同源片段ldhA1-Cm-ldh A2与基因组DNA的同源重组,经过抗性筛选和PCR鉴定最终获得了ldhA基因缺失菌株K.pneumonia2-1ΔldhA。经过24 h发酵可知,乳酸最大产出浓度由原来的10.16 g/L降为0.49 g/L,1,3-PD由原来的78.83 g/L增长为85.76 g/L,甘油转化率由60.64%增长到65.97%,提高了5.33%。

黄胸鼠Ldha基因的克隆、原核表达及酶学性质研究

Ldha基因表达可生成参与糖代谢的乳酸脱氢酶(LDH),通过克隆黄胸鼠Rattus tanezumi的Ldha基因并进行原核表达后可以研究其酶学性质。以黄胸鼠骨骼肌cDNA为模板,通过RT-PCR技术获得黄胸鼠Ldha基因编码序列,进行生物信息学分析后构建pET28α-Ldha重组表达质粒,导入大肠杆菌Escherichia coli BL21(DE3)中诱导表达,采用SDS-PAGE和Western Blot对表达蛋白进行鉴定,最后检测表达蛋白的酶学性质。结果显示,黄胸鼠Ldha基因编码区序列被成功克隆,纯化后的原核表达蛋白分子量约为37 kD,Western Blot证实后,分别以丙酮酸和乳酸为底物测得酶的平均比活性为113.760 U·mg^(-1)±1.463 U·mg^(-1)和2.180 U·mg^(-1)±0.125 U·mg^(-1),琼脂糖凝胶电泳同工酶谱分析显示该蛋白具有LDH活性且仅形成1条同工酶带。在pH7.0,25℃条件下,LDHA蛋白对丙酮酸、NADH、乳酸、NAD+4种底物的平均Km值分别为0.170 mmol·L^(-1)±0.193 mmol·L^(-1)、0.088 mmol·L^(-1)±0.008 mmol·L^(-1)、22.540 mmol·L^(-1)±0.007 mmol·L^(-1)、0.413 mmol·L^(-1)±0.069 mmol·L^(-1)。黄胸鼠Ldha基因编码序列被首次克隆并表达出具有活性的酶蛋白,分析了其酶学性质,可为后续研究啮齿类动物LDH的结构和功能提供基础资料。

乳酸脱氢酶A(ldha)基因的克隆与原核表达

乳酸脱氢酶是一种糖酵解酶,在厌氧条件下能催化丙酮酸生成乳酸;当动物体内缺乏葡萄糖时,还可氧化乳酸生成丙酮酸并经葡萄糖异生途径转变为葡萄糖。通过反转录PCR获得了Hela细胞中的ldha基因,并将它克隆到pET28a(+)载体上,获得重组表达载体pET28a(+)-ldha。重组质粒通过转化法转入宿主E.coli BL21(DE3)溶源菌中。SDS-PAGE分析表明,在1.0 mmol·L-1异丙基硫代-β-D半乳糖苷(IPTG)的诱导下,重组子成功表达了一条分子质量约为36 kDa的目标蛋白。

人LDHA基因真核表达载体的构建及其功能鉴定

目的构建带有绿色荧光蛋白(GFP)标签的人乳酸脱氢酶A(LDHA)的真核表达载体,并对其生物学功能进行初步研究。方法利用PCR技术从人乳腺文库中扩增出人LDHA基因,并将其克隆到pEGFP-C1载体上,经双酶切和测序鉴定成功后转染到肝癌HepG2细胞中,通过Western印迹检测其表达情况,免疫荧光检测其亚细胞定位,并利用生长曲线、克隆形成以及划痕实验探究LDHA对肝癌HepG2细胞增殖、迁移能力的影响。结果从人乳腺文库中扩增获得大小约为1000 bp的DNA片段,并成功克隆至pEGFP-C1载体上,经测序与目的序列完全一致;转染肝癌HepG2细胞后目的基因成功表达;荧光显微镜观察发现,GFP-LDHA融合蛋白主要聚集于细胞质中;细胞生长曲线和克隆形成实验结果显示,转染pEGFP-LDHA的肝癌细胞较空载体细胞增殖能力增强;划痕实验显示,转染pEGFP-LDHA的肝癌细胞较空载体细胞迁移性增强。结论成功构建了带GFP标签的人LDHA真核表达载体,为进一步研究LDHA在肝癌细胞中的功能奠定了基础。

人LDHA原核表达载体的构建、蛋白纯化及活性鉴定

目的构建带GST标签的人乳酸脱氢酶A(lactate dehydrogenase A,LDHA)基因原核表达载体并纯化GST-LDHA融合蛋白,为进一步研究该基因在肿瘤中的作用作准备。方法以人乳腺文库为模板,通过PCR扩增LDHA基因片段;利用EcoRⅠ及HindⅢ酶切带GST标签的载体及LDHA基因PCR产物,并连接形成GST-LDHA重组质粒进行测序; GST-LDHA重组质粒转化入Rossate感受态,并加入合适比例的IPTG进行小量诱导,通过Western印迹检测GST-LDHA蛋白表达;诱导成功的GST-LDHA重组质粒转化入Rossate感受态细胞进行大量增菌,IPTG诱导蛋白表达,利用GST琼脂糖凝胶4B亲和珠纯化GST-LDHA蛋白,并用考马斯亮蓝染色检测,获得纯度较好的蛋白。结果获得大小约1000 bp的LDHA基因; GST-LDHA重组质粒构建成功;诱导GST-LDHA融合蛋白的表达并纯化获得纯度较好的融合蛋白。结论成功获得带GST标签的人LDHA基因的原核表达产物,为进一步研究LDHA在肿瘤中的作用奠定了基础。