大肠杆菌表达体系的特点

- 1 - 大肠杆菌表达体系的特点

大肠杆菌表达体系是一种常用的重组蛋白表达方法，具有以下特点：

1. 简单易用：大肠杆菌是一种常见的细菌，易于培养和操作。其表达体系基于质粒介导的转化和表达，具有操作简单、成本低廉的优点。

2. 高表达水平：大肠杆菌表达体系能够实现高表达水平，通常可以达到10-50%的总蛋白含量。这一特点使其成为生物制药和科学研究领域中最受欢迎的表达体系之一。

3. 多种表达宿主：大肠杆菌表达体系有多种表达宿主，包括BL21(DE3)、Rosetta(DE3)、Origami(DE3)等。这些表达宿主具有不同的特点，能够适应不同的表达需求。

4. 可定制化：大肠杆菌表达体系可以通过基因工程技术进行改造，实现蛋白质的定制化表达。例如，可以通过融合表达标签、选择性培养、调控表达等方式来优化表达效果。

5. 可用于生物制药：大肠杆菌表达体系可以用于制备多种蛋白药物，如重组人胰岛素、干扰素、白介素等。这些蛋白药物已经被广泛应用于临床治疗和研究领域。

总之，大肠杆菌表达体系是一种快速、高效、可定制化的表达系统，已经成为蛋白质表达和生物制药领域中最常用的表达系统之一。

Researchreviewpaper

RecombinantproteinsecretioninEscherichiacoli

F.J.M.Mergulha˜oa,*,D.K.Summersb,G.A.Monteiroa

aCentrodeEngenhariaBiolo´gicaeQuı´mica,InstitutoSuperiorTe´cnico,Av.RoviscoPais,Lisbon1049-001,PortugalbDepartmentofGenetics,UniversityofCambridge,CambridgeCB23EH,UnitedKingdom

Received25August2004;receivedinrevisedform23November2004;accepted30November2004Availableonline8January2005

Abstract

ThesecretoryproductionofrecombinantproteinsbytheGram-negativebacteriumEscherichiacolihasseveraladvantagesoverintracellularproductionasinclusionbodies.Inmostcases,targetingproteintotheperiplasmicspaceortotheculturemediumfacilitatesdownstreamprocessing,folding,andinvivostability,enablingtheproductionofsolubleandbiologicallyactiveproteinsatareducedprocesscost.ThisreviewpresentsseveralstrategiesthatcanbeusedforrecombinantproteinsecretioninE.colianddiscussestheiradvantagesandlimitationsdependingonthecharacteristicsofthetargetproteintobeproduced.D2004ElsevierInc.Allrightsreserved.

基因工程制药综述

班级：生技132

：

学号：

大肠杆菌表达系统的研究进展综述

自上世纪 70 年代以来, 大肠杆菌一直是基因工程中应用最为广泛的表达系统。尽管基因工程表达系统已经从大肠杆菌扩大到酵母、昆虫、植物及哺乳动物细胞,并且近年来出现了很多新型的真核表达系统, 但是大肠杆菌仍然是基因表达的重要工具。 尤其是进入后基因组时代以来, 有关蛋白结构以及功能研究的开展 ,对基因表达的要求更高,这时大肠杆菌往往是表达的第一选择。文章综述了近 年来有关大肠杆菌表达载体及宿主细胞的改造工作。

1 表达载体

1. 1 表达调控

构建有效的表达载体是表达目的基因的基本要求, 同时也是影响基因表达水平以及蛋白活性的重要因素。标准的大肠杆菌表达载体的主要组成: 启动子、操纵子、核糖体结合位点、翻译起始区、多克隆位点、终止子、复制起点以及抗性筛选因子等。理想的表达载体要求在转录和翻译水平上可以控制目的基因的表达 ,然而目的基因在宿主体过分表达(选用较强的启动子等)会对宿主造成压力, 引起相关的细胞应答反应, 影响蛋白的活性等。基因组、

RNA 转录组、蛋白质组、代调控组等领域的研究成果给我们提供了大量关于基因表达调控的信息[ 1] 。现已能从基因和细胞的整体水平来方便地选择合适的启动子或合 理开发新的载体系统。譬如 Lee 等利用二维凝胶电泳法比较了重组载体和空载体被分别转入宿主细胞后蛋白组学的差异,发现两者都产生了大肠杆菌热休克蛋白并引起了 cAMPCRP 调节蛋白的应答,

其中重组子的影响更为强烈；另外, 还发现外源基因的表达使宿主核糖体合成速率、翻译延长因子和折叠酶表达水平、细胞生长率下降 , 而使细胞呼吸活力上升[ 2] 。目前应用的表达载体主要问题是 表达过程中出现的全或无的情况, 通常表达的培养物都是 非纯种的细胞群, 其中有一些细胞可以最大限度地被诱导,而另一些细胞在诱导后基因的表达被关闭。分离具有合适强度启动子及翻译速率的载体变种可以优化表达水平,说明启动子的选择对于基因的诱导表达非常重要。 Deborahat 提出在芯片上排列具有不同强度级别启动子的载体进行互补分析, 可能有助于筛选最为适合的启动子[3] 。开发非 IPTG 或阿拉伯糖诱导的载体也可以提高基因表达水平, Qing 等利用 cspA 基因的独特性开发了一系列冷休克表达载体

大肠杆菌表达系统总结

随着分子生物学和蛋白组学的迅猛发展，外源基因表达的遗传操作技术日趋成熟。表达系统是外源基因表达的核心，常用表达系统一般为模式生物，包括真核表达系统和原核表达系统，其中真核系统包括了哺乳动物细胞表达系统、植物体表达系统、昆虫杆状病毒表达载体系统以及酵母表达系统，原核表达系统则主要为大肠杆菌表达系统。大肠杆菌是目前应用最广泛的原核表达系统，也是最早进行研究的外源基因表达系统，其遗传学背景清晰、生长快、较易实现高密度培养、成本低、产量高，相较于其它表达系统具有难以比拟的优越性，是商业生产中应用最广泛的表达系统，取得了巨大的科研价值和经济效益。

大肠杆菌表达系统目前广泛应用于表达生产多种蛋白质/多肽类药物和生物化学产品，包括：重组人胰岛素、a2b型干扰素、兰尼单抗、紫色杆菌素和牡丹皮葡萄糖苷等。据统计，1986-2018年由美国FDA和欧洲EMA批准上市的重组蛋白类药物中有26%来自于大肠杆菌。与此同时，目前通过大肠杆菌表达的基因工程疫苗也进入市场或处于临床实验阶段，如戊型肝炎疫苗、人乳头瘤病毒疫苗、流感A型疫苗等。常见的大肠杆菌表达系统有BL21系列 、JM109系列、 W3110系列和K802系列等，其中大肠杆菌 BL21（ DE3）

菌株是目前应用于重组蛋白表达研究最广泛的菌株之一，BL21（DE3）是由大肠杆菌B系列与K-12系列的衍生菌株通过 P1 转导等遗传突变获得的。该类菌株通常为宿主蛋白酶缺失型，以保证外源蛋白在表达过程中不被降解，维持表达的稳定性。

大肠杆菌表达系统在商业生产中具有巨大的优越性和价值，但建立高效匹配的表达系统是实现商业价值的关键，包括宿主菌、外源基因、载体的选择与匹配。宿主菌的选择是第一步，对表达活性和表达量影响很大，理想的宿主菌株是蛋白酶缺陷型，避免蛋白酶过多引起的产物不稳定，常见的蛋白酶缺陷型菌株为BL21系列菌株。其次是外源基因，外源基因决定了是否可获得目的产物，原核基因可在大肠杆菌中直接表达，而真核基因不能再大肠杆菌中直接表达。表达载体也是影响外源基因表达的重要因素，它是表达系统中最关键的元件，包括启动子、目的基因、抗性基因和终止子等，表达载体需具有高拷贝数、产量高、应用范围广、表达产物易纯化及稳定性好等特点，应用在大肠杆菌中的载体包括融合表达型载体、分泌型表达载体和共表达载体等，常用的表达载体为pET、pUC、pSC、pPBB、pBV220、 pRK1、pRLK14等，常用的启动子有Ptrp、 Ppho、PL、PR、Ptac、Plac、T7 噬菌体启动子、 trp-lac 杂合启动子等。