蠶絲蛋白作為一種具有獨特化學和物理性質的多功能生物材料，在各個應用領域都具有廣泛的發展前景。 其中，蜘蛛絲以其強大的機械強度備受關注。 重組生產是大規模生產蜘蛛絲最有前途的方法。 但由於產品宿主毒性特性，收率低，蛋白質純化難度大，蜘蛛絲蛋白的大規模批量生產仍然困難。 日前，美國倫斯勒理工學院化學與生物工程系的研究人員在《微生物細胞工廠：巨型芽孢桿菌重組蜘蛛絲的生產和分泌》雜誌上發表了最新研究成果。 在這項研究中，研究人員設計了芽孢桿菌巨型生成來分泌重組蜘蛛絲蛋白。 該方法利用SEC途徑進行生產，有效解決了宿主毒性和純化困難的問題。 研究證實，分泌訊號序列的選擇在分泌中起著至關重要的作用。 最終資料顯示，該方法在燒瓶培養物中的分泌滴度約為 100 mg l。 
近年來，利用基因工程重組生產蜘蛛絲蛋白已成為實現該物質工業化規模生產的有力途徑。 這項工作已在各種宿主生物中取得了不同程度的成功，包括細菌、酵母、哺乳動物細胞、昆蟲細胞、轉基因植物和轉基因動物。 然而，重組蜘蛛絲的大規模生產仍然是乙個挑戰。 除此之外，重組絲蛋白在原核和真核宿主中的表達還存在質粒不穩定性高、宿主毒性、蜘蛛絲蛋白構建體溶解度低、轉錄和翻譯錯誤等問題。 為了解決上述問題，在這項研究中，這些菌株由巨型芽孢桿菌 MS941 的親本菌株構建，並進行了基因編輯以產生模仿天然蛛網膜蛋白的 A5 4MER 蛋白。 研究人員通過編輯將巨型芽孢桿菌構建體上的組氨酸標籤從 N 端移至 C 端，以促進 SEC 通路的分泌功能。 這是因為革蘭氏陽性菌可以通過 SEC 分泌途徑將重組蛋白直接分泌到培養基中，並且這種簡潔的方法已被證明可以避免對底盤細胞進行更廣泛的編輯。 這種新的 A5 4mer 基因被轉殖到一組五種不同的芽孢桿菌巨生成表達載體中，每個載有 A5 4mer 基因開始之前獨特的分泌訊號序列 （SS），即 -amy、Lipa、NPRM、Yoch 和 YNGK。 先前已發現這些序列有助於 bacillus megamegalium 中重組纖維素酶的分泌。 初步培養結果表明，菌株YNGK和YOCH成功分泌蠶絲蛋白。 然而，有趣的是，完全去除SS可以防止宿主分泌細絲。 此外，資料表明，改變單配子芽孢桿菌中重組細絲產生的翻譯起始位點 （TIS） 不會影響蛋白質分泌，這與之前在其他革蘭氏陽性宿主中重組蛋白分泌的發現相反。 之後，進一步優化反應條件。 結果表明，在M9培養基中，在37°C（補充1%W V葡萄糖作為碳源和能量源）的基礎上，以LB培養基為基礎）。進一步新增谷氨酸、組氨酸、異亮氨酸、苯丙氨酸、脯氨酸、酪氨酸、賴氨酸和蛋氨酸有助於緩解代謝瓶頸。 與不含氨基酸的LB或M9培養基相比，重組蠶絲蛋白分泌滴度提高了135%，分泌滴度達到982±6.5 mg/l。同時，研究人員發現，在這種方法下產生的絲蛋白對宿主生物體的毒性較小，並增強了宿主在基於葡萄糖的最小培養基中的表現。 
圖丨YNGK菌株在LB、M9和補充M9培養基中分泌A5 4mer滴度（**微生物細胞工廠）關於下一步的研究計畫，研究團隊指出，將實施RT-qPCR和代謝通量分析，以準確了解芽孢桿菌宿主系統對蠶絲蛋白生產的響應變化。 此外，這項工作的初步結果可以支援對更廣泛的SS和啟動子強度的進一步研究，這將有助於破譯串聯翻譯起始位點影響的機制。 材質**官方** 網上新聞 免責宣告：本文旨在傳達合成生物學最新資訊，不代表平台立場，也不構成任何投資建議和推薦，以公司官方公告為準。 本文不是**計畫推薦，如需獲得**計畫指導，請到正規醫院治療。