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家蚕(Bombyx mori)BmGloverins是一类由约160氨基酸(aa)组成、富含甘氨酸(Gly)、对革兰氏阴性菌有抑制作用的抗菌肽,在基因组有4个成员(Bmglovl、2、3、4),其成熟肽分子包含内肽酶位点(RHPR)N端的前肽序列。本课题组对这4个BmGloverins成熟肽分子进行了克隆表达和抗菌活性鉴定,并对其中BmGloverin4菌株进行了5L发酵试验的条件优化。但在这些研究中还存在如下问题:(1)通过克隆表达和发酵表达而纯化的BmGloverins蛋白在水溶剂中抗菌活性不稳定和(2)去除和保留前肽序列的BmGloverins蛋白是否有抗菌活性差异。另外,BmGloverin4菌株的5L发酵试验还需要进一步放大试验,提高目的蛋白的表达产量。
为此,本论文的研究内容和目的为:(1)对表达的蛋白含前肽序列的BmProGlov4菌株进行50L发酵放大试验,提高发酵蛋白的产量和纯化蛋白的纯度;(2)对克隆表达的保留N端前肽序列的BmProGlov1、4和去除N端前肽序列的BmGlov1、4的纯化蛋白,采用平板抑菌圈法和抑菌曲线法测试其在水溶剂、1×PBS和l%TritonX-100溶剂中的抗菌活性差异,探讨家蚕Gloverins抗菌肽蛋白的分子活性特征和保持其活性的溶液环境。研究初步获得以下结果:
(1)在改进的发酵条件下,BmProGlov4菌株50L发酵目的蛋白表达量达到48.4%,显著高于5L发酵的27.2%,纯化蛋白的纯度为91.5%左右,但BmProGlov4蛋白在水溶剂、不同pH值的Na2HP04-柠檬酸(C6H807)缓冲液和不同离子强度的NaCl溶液中对E.coli K12D31没有抑菌活性。
(2)由E.coli诱导家蚕脂肪体RNA,采用RT-PCR的方法构建获得不含N端前肽序列的克隆表达载体pET-21d.Bmglov1。
(3)经克隆表达纯化的BmProGlov1、4;BmGlov1、4蛋白在水溶剂、1×PBS和1%TritonX-100溶剂环境中对E.coli K12D31有抗菌活性差异:1.BmProGlov1有活性但比较弱,BmGlov1没有抗菌活性;2.BmProGlov4没有抗菌活性,BmGlov4有抑菌活性;3.1%TritonX-100可显著加强在1×PBS溶剂环境中BmProOlov1和BmGlov4的抗菌活性。由此结果提示:1.去除或保留N端前肽序列,可能不是BmGloverins抗菌活性的关键:2.TritonX-100非离子型去垢剂可破坏细菌内膜,但不能穿透革兰氏阴性菌外膜屏障,在Gloverin增加其外膜通透性后,TritonX-100可进入内膜加强Gloverin的抑菌效果。
(4)前肽的功能是使抗菌肽保持非活性状态,在家蚕4个BmGloverins成熟肽分子中,只有BmProGlov1在其内肽酶位点后有改变内肽酶位点活性的IHDF基序。根据BmProGlov1活性微弱和BmGlov4活性强的体外测试结果,由此推测:1.家蚕活体细胞产生的BmProGlov1由于IHDF的存在不能切除N端前肽,几乎没有抗菌活性;2.家蚕活体细胞产生的BmProGlov4因没有IHDF,其活性形式可能是被切除了N端前肽的BmGlov4分子。
(5)BmProGlov1和BmGlov4分子的抗菌活性可能与其氨基酸组成的电荷性(中性aa约为37.8%,正电荷aa约为17%,负电荷aa约为11.8%和12.8%)有一定联系。