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葡萄糖氧化酶的生产研究进展

 GOD的生产研究进展

  野生菌在自然状况下的GOD产量、酶活和稳定性较低,难以实现工业化生产,也不能满足GOD在各个领域中应用的需求,因此需要通过不同的方式来优化GOD的生产。

  1 传统生产方法

  2.1生产菌株的诱变

  诱变育种是指经诱变剂的处理后提高菌种突变率,经过一系列的筛选得到性状优良的突变菌株。GOD生产菌株的诱变通常使用物理诱变和化学诱变等方法,相比而言,化学诱变更具有定向性,也可以将2种方法结合使用拓宽突变谱,更好地提高菌株的产酶能力。如表1所示,不同的原始菌株和诱变剂会产生不同的诱变效果,紫外诱变对于不同菌株产生GOD能力的提高倍数也不尽相同。

  2.1培养优化

  要获得高产的GOD,不仅需要优良的生产菌株,还需要合适的培养基和培养条件。从表2可以看出,不同菌株对碳源的选择性有所差别。通常认为,葡萄糖是GOD的主要诱导物,但有一些菌株在以甘露糖或蔗糖为碳源时也可产生GOD。对于氮源,硝酸钠-蛋白胨联合使用比单一氮源更有利于产酶。GOD生产菌株的最适发酵初始pH为5~6,强酸性或强碱性会破坏酶蛋白活性中心的氨基酸残基,从而使酶失活。黑曲霉的最适发酵温度为28~30℃。发酵初始pH对菌株的生长、繁殖和产酶具有重要的影响。

  2.2 基因工程菌株的构建

  由于黑曲霉和青霉等产GOD的野生菌酶产量较低,同时伴有很多杂蛋白,导致下游的分离纯化较为困难[18]。因此,在工业化生产中,常使用基因工程技术将GOD的基因进行克隆后连接到表达载体,再经转化得到基因工程菌株,通过发酵进行GOD的基因的异源表达。由于基因工程菌株分泌到发酵液中的主要是外源目的蛋白,因此能够简化下游蛋白分离、纯化的操作。

  目前,GOD基因已经在多种表达系统实现大量表达,包括真核表达系统,如克鲁维酵母(Kluyveromycesmarxianus)、多形汉逊酵母(Hansenula polymorpha)、酿酒酵母 (Saccharomyces cerevisiae)、巴斯德毕赤酵母(Pichia pastoris);以及原核表达系统,如大肠杆菌(Escherichia coli)。然而,异源表达GOD也有一些限制性。由于基因表达是一个极为复杂的过程,外源蛋白在被表达时可能会伴随着高度的糖基化,这可能会降低GOD结合并催化底物的能力,从而限制GOD的使用。另外,也有研究表明,大肠杆菌表达的重组GOD有60%没有活性[20]。目前,GOD的异源表达系统多用毕赤酵母。