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重組大腸桿菌生產(chǎn)磷脂酶D及轉(zhuǎn)酯化產(chǎn)品開發(fā)

磷脂酶D（PLD,EC 3.1.4.4）是一類廣泛存在于各種生物體的酶，具有水解作用和磷酰基轉(zhuǎn)移作用（見圖1）。作為一種酶制劑，PLD的轉(zhuǎn)磷脂酰活性尤為重要，被用于制備具有生物活性的稀有磷脂。其中，以大豆磷脂酰膽堿（PC）為底物，PLD酶法制備磷脂酰絲氨酸（PS），受到廣泛關(guān)注。PS作為腦健康營(yíng)養(yǎng)補(bǔ)充劑，相繼被美國(guó)FDA、日本HBM和中國(guó)國(guó)家衛(wèi)生計(jì)生委所認(rèn)證，列為新資源食品。相較于提取自牛腦和植物的PS，生物酶法制備的PS，避免了食品安全和植物源含量低的問(wèn)題。進(jìn)一步，一些新的結(jié)構(gòu)和功能磷脂，通過(guò)PLD轉(zhuǎn)磷脂酰反應(yīng)被合成出來(lái)，例如，磷脂酰鯊肝醇、磷脂酰葡萄糖、心磷脂類似物、磷脂酰酪醇、磷脂酰萜烯和磷脂酰絲氨醇，它們中一些具有抗癌和抗氧化活性。直到現(xiàn)在，受限于磷脂酶D來(lái)源不足和價(jià)格高（鏈霉菌屬PLD，≥150 units/mg，6516.9¥/1000 U，Sigma公司），其工業(yè)上的廣泛應(yīng)用受到限制。例如，文獻(xiàn)報(bào)道的PLD最高產(chǎn)量在104-105U·L-1，而制備轉(zhuǎn)化得到每公斤PS，需要2.6×106U的PLD。這一障礙的主要原因是高水平表達(dá)的PLD對(duì)宿主的嚴(yán)重細(xì)胞毒性，導(dǎo)致細(xì)胞死亡。歷經(jīng)5年時(shí)間，從上游到下游整體設(shè)計(jì)，我們解決了毒性蛋白（磷脂酶D，PLD）異源表達(dá)難的問(wèn)題（質(zhì)粒不穩(wěn)定、蛋白合成時(shí)間短、細(xì)胞生長(zhǎng)抑制和裂解），PLD生產(chǎn)達(dá)到目前世界最高水平106U·L-1(748 mg·L-1)（提高20倍）；同時(shí)發(fā)展一種簡(jiǎn)單有效提取重組磷脂酶D的方法（無(wú)需破碎、無(wú)需添加溶菌酶和有機(jī)溶劑、室溫進(jìn)行），PLD生產(chǎn)成本有望降低20倍以上。按照實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的一臺(tái)5 L發(fā)酵罐，年產(chǎn)量可以提供3.5×108U的磷脂酶D，滿足100 kg的PS轉(zhuǎn)化需求計(jì)算（不計(jì)算PLD重復(fù)利用率），擴(kuò)大反應(yīng)器體積至100-1000 L，PLD產(chǎn)量可滿足制備2-20噸PS的需求。

廈門大學(xué) 2021-01-12

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