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乳酸菌作为一种重要的工业微生物,已经被广泛应用到了畜牧、食品、医药等众多行业,是目前最常用的益生菌。随着对乳酸菌生理生化等研究的深入,人们更加迫切的想要揭示乳酸菌在人和动物体内定植、分布、存活及其益生特性的活性机理,这就需要借助分子生物学的手段来构建具有指示作用的工程菌株。红色荧光蛋白dsred2基因是一种堪称完美的荧光标记分子,其成熟后可以不用荧光激发,用肉眼在日光下就可以检测到鲜艳的红色。用红色荧光蛋白基因标记乳酸菌及其蛋白然后进行跟踪观察,可以帮助研究乳酸菌的一些生理机制及功能基因的作用。
本研究在大肠杆菌-乳酸菌穿梭载体pMG36e的基础上,构建了以红色荧光蛋白基因为标记的乳酸菌融合表达系统pMG36e-dsred2,并以α-淀粉酶(amy)为报告基因实现了融合基因dsred2-amy在乳酸菌内的融合表达。研究得到以下结果:
根据Genebank上公布的dsred2基因序列,设计合成引物,并在引物上、下游分别添加XbaⅠ与HindⅢ两酶切位点,然后以质粒pPIC9k-dsred2为模板扩增得到dsred2基因的全部编码区序列,并将其连接到克隆型载体pMD19-T上。用XbaⅠ、HindⅢ同时双酶切载体pMG36e与pMD19-T,回收线性pMG36e和小片段dsred2,然后将二者用T4连接酶连接转化大肠杆菌,得到重组载体pMG36e-dsred2。
以地衣芽孢杆菌基因组为模板,根据Genebank上公布的amy基因序列设计引物,在引物上下游分别添加SacⅠ与XbaⅠ两酶切位点,扩增只带有起始密码子不带有终止密码子的α-淀粉酶基因,将其连接到克隆型载体pEASY-T1。然后用SacⅠ、XbaⅠ两限制性内切酶同时双酶切载体pMG36e-dsred2与pEASY-T1-amy,回收amy片段与线性pMG36e-dsred2,之后用T4连接酶将二者连接使amy基因与dsred2融合,得到dsred2与amy基因融合的表达载体pMG36e-dsred2-amy。最后将该载体电转化干酪乳杆菌,检测重组蛋白活性。
研究发现红色荧光蛋白基因dsred2与融合基因dsred2-amy均能够在大肠杆菌及乳酸菌中表达。红色荧光蛋白基因在pMD19-T上有红色荧光,其强度比pMG36e载体上的鲜艳;融合蛋白在大肠杆菌和乳酸菌分别具有dsred2、amy基因活性,表达强度在融合前后没有明显差别。SDS-PAGE凝胶电泳分析证实dsred2基因与amy基因融合成功,dsred2蛋白分子量为24.8 kDa,融合蛋白dsred2-amy的分子量为81.5 kDa。
本研究成功构建了乳酸菌融合表达载体pMG36e-dsred2,检测了其在大肠杆菌及乳酸菌中的荧光活性;然后以α-淀粉酶基因作为报告基因,分析了该载体的融合表达活性。为乳酸菌在生物体内的定植、分布、存活等的进一步研究提供了方法,也为研究外源蛋白在乳酸菌内的表达的分泌(细胞内、细胞壁、细胞外表达)、活性检测等奠定了基础。