[发明专利]多蛋白体系的共生产方法、多蛋白体系的共生产系统及应用

说明书

本发明属于蛋白体外合成技术领域，具体涉及一种多蛋白体系的共生产方法、多蛋白体系的共生产系统及应用。本发明多蛋白体系的共生产方法通过将表达溶菌蛋白的载体和多种表达蛋白的载体共转入到蛋白表达菌株中，使所得共表达菌株表达相应的蛋白及溶菌蛋白，随着共表达菌株的生长，产生的溶菌蛋白作用于共表达菌株，使其发生自主裂解，释放出其表达的蛋白，形成多蛋白体系。本发明多蛋白体系的共生产系统可以将蛋白表达和释放一体化，且无需对共表达菌株进行物理破碎或化学破碎的步骤，可用于体外合成蛋白质和/或化合物，与现有无细胞蛋白合成系统相比更加简便、快速、高效、成本更低，具有良好的应用前景和市场价值。

技术领域

本发明属于蛋白体外合成技术领域，具体涉及一种多蛋白体系的共生产方法、多蛋白体系的共生产系统及应用。

背景技术

细胞是生命活动的基本结构和功能单位，同时也为生化反应提供了场所，有着“细胞工厂”之称。但是，细胞内生化反应网络复杂，人为地改造容易对细胞产生不利或不可预测的影响，最终导致细胞活性降低甚至功能丧失，极大程度上限制了细胞工厂的应用。因此，如何突破细胞工厂的局限是生物合成所面临的巨大挑战。针对细胞工厂的局限，无细胞蛋白合成系统(cell-free protein synthesis,CFPS)提供了很好的解决途径。无细胞蛋白合成系统是不依赖于完整的细胞在体外进行蛋白质合成的生物学技术，它以DNA或mRNA为模板，利用细胞提取物中的蛋白合成元件、蛋白折叠因子及其他相关酶系，通过添加氨基酸、tRNA和能量物质等，在体外完成蛋白质合成，模拟生物细胞的生命现象，重现胞内蛋白转录翻译过程，产生的蛋白可用于蛋白质功能检测、结构分析等下游实验。与活细胞体系相比，模块化的无细胞蛋白质合成系统反应成分明确简单，组分易操控，实验周期短，为众多生化实验提供了一个开放通用的反应环境。

无细胞蛋白质合成系统目前主要分为两种类型：一种是直接来源于细胞裂解物(WCE:whole-cell extracts)，另一种则只含有DNA转录、蛋白质翻译和能量再生的必需成分，即重组元件蛋白质合成系统PURE(protein synthesis using recombinantelements)。不同于WCE系统，PURE系统所有添加物完全已知并浓度可控，因而具有多种显著优势：例如低降解酶环境使得mRNA或蛋白质的稳定性得到了极大提高；通过操纵系统中的蛋白或底物组分，可以便捷的对要合成的蛋白质进行设计(如非天然氨基酸的插入等)，使得系统高度模块化并具有灵活性等。

虽然PURE自2002年已经商业化，但其昂贵价格限制了在绝大部分实验室的应用。通过传统的方法制备PURE系统，需要分别表达并纯化30多种与转录、翻译和能量重生有关的蛋白，工作量大，消耗时间长，制备成本高，一般实验室无法自行制备。目前以NEB(NewEngland Biolab)为代表的大型生物制剂公司仍是采用该种方法生产PURE系统。

发明内容

本发明的目的是提供一种多蛋白体系的共生产方法、多蛋白体系的共生产系统及应用，旨在解决现有PURE系统合成中存在的工作量大、耗时长、成本高等问题。

为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

本发明一方面提供了一种多蛋白体系的共生产方法，其包括如下步骤：

提供表达溶菌蛋白的载体、多种表达蛋白的载体及蛋白表达菌株，每种表达蛋白的载体分别表达多蛋白体系中的一种蛋白，且不同的表达蛋白的载体表达的蛋白各不相同；

将表达溶菌蛋白的载体与每种表达蛋白的载体分别共转入到蛋白表达菌株中，得到多种共表达菌株；

将全部的共表达菌株进行共培养，当共表达菌株的生长密度达到自主裂解密度时发生自主裂解，释放出各自表达的蛋白，得到多蛋白体系；

其中，多蛋白体系包括用于蛋白质翻译、能量再生的蛋白质和/或催化合成化合物的酶。

本发明另一方面提供一种多蛋白体系的共生产系统，其包括：