科创中国

生物与新医药技术

异源蛋白质的高效分泌表达是蛋白质研究与生产中的核心问题，诸如表达水平低、分泌效率差等难点是制约酶蛋白、医药蛋白质等异源蛋白质研究与生产的主要瓶颈因素。大肠杆菌作为最为常用的异源蛋白质表达宿主具有诸多良好的特性，但同时也存在着免疫原、内毒素、分泌表达效率低下等难以避免的问题，限制了下游工艺的成本降低与操作的便捷性。枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)作为革兰氏阳性菌的模式菌种，具有分泌表达、异源表达水平高（20-25 g/L）和安全等诸多优良特性,被认为是较理想的蛋白质生产菌株，从而广泛应用于各种酶蛋白的生产中。目前针对枯草芽孢杆菌的商业化表达系统很少，国内更是缺乏具有自主知识产权的高效枯草芽孢杆菌表达系统，且现有枯草芽孢杆菌表达系统都存在着一些限制性因素，例如启动强度不足、诱导物价格昂贵、抗菌素或抗生素等诱导物对细胞有毒害作用等，限制了其在扩大化生产中的实际应用潜力。

本系统筛选评价了多种枯草芽孢杆菌诱导型启动子，最终选择以麦芽糖诱导型启动子为基础，利用随机突变、定点突变手段进行建库筛选，获得了麦芽糖激活性/抑制性启动子突变体，并结合宿主细胞的遗传改造，构建了新型麦芽糖调控型表达系统MATE（MAltose Triggered Expression system）。本系统诱导倍数可达790倍，实现了诱导物长效激活性（低诱导物成本）、高严谨性、良好的表达均一性和重复性；同时，本系统解除了糖类诱导物普遍存在的葡萄糖CCR抑制效应问题，可实现含葡萄糖培养基条件下的高强度诱导表达，极大拓展了系统应用范围。MATE系统作为新型高效蛋白质表达系统，已经实现alpha-淀粉酶、beta-甘露聚糖酶、阿洛酮糖异构酶、beta-低聚半乳糖苷酶、肌酐酶、肌酸酶、DAA、绿色荧光蛋白、荧光素酶、人源成纤维细胞生长因子FGF21等多种酶蛋白及医药蛋白质的高效胞内表达或胞外分泌表达，目的蛋白表达量占细胞总蛋白比例达60-70%，胞外目的蛋白表达量可达80%以上；同时MATE系统可作为Gene Switch对目的基因进行诱导型ON/OFF精确调控，实现 　　

中国科学院天津工业生物技术研究所（以下简称天津工业生物所）是由中国科学院和天津市人民政府共建、从事生物技术创新推动工业领域生态发展的科研机构，2012年3月获中央机构编制委员会批准成立，2012年11月29日通过验收，正式成为中国科学院序列研究所。天津工业生物所积极组建国家级创新平台，正在牵头建设由中国科学院与天津市政府共建的国家合成生物技术创新中心，组建低碳合成工程生物学重点实验室，建有工业酶国家工程研究中心、京津冀食品营养健康与安全创新平台、中国合成生物产业知识产权运营中心、生物技术国家专业化众创空间等创新平台，以及生物设计、基因合成、高通量编辑与筛选、系统生物技术、结构生物学、智能生物制造等先进技术平台。建有国家级国际科技合作基地及天津市国际科技合作基地，充分发挥ANSO、COMSATS平台优势积极开展国际合作。由天津工业生物所牵头组织的“工业酶产业技术创新战略联盟”已经获科技部批准为国家产业技术创新战略试点联盟。截至2024年6月，研究所共有研发队伍逾千人，其中在职职工549人，研究生675人，领域带头人85%具有海外留学工作经历。