如何提高重組蛋白的可溶性表達(dá)？
日期：2025-05-06 15:20:00
可以?xún)?yōu)化表達(dá)條件，如降低培養(yǎng)溫度，使蛋白折疊更充分；調(diào)整培養(yǎng)基成分，添加有助于蛋白溶解的物質(zhì)，如甘氨酸、甜菜堿等；共表達(dá)分子伴侶或折疊酶，幫助蛋白正確折疊；對(duì)蛋白進(jìn)行序列優(yōu)化，減少疏水性氨基酸的聚集；采用分泌表達(dá)，將蛋白分泌到細(xì)胞外環(huán)境中，避免在胞內(nèi)聚集。
提高重組蛋白可溶性表達(dá)的方法有很多，包括優(yōu)化基因序列、選擇合適的表達(dá)系統(tǒng)、調(diào)整培養(yǎng)條件等方面，以下是具體介紹：
1.優(yōu)化基因序列
密碼子優(yōu)化：不同生物對(duì)密碼子的使用具有偏好性。可以根據(jù)宿主細(xì)胞的密碼子偏好性，對(duì)重組蛋白的基因序列進(jìn)行優(yōu)化，使其在宿主細(xì)胞中能夠更高效地翻譯，減少翻譯過(guò)程中的停頓和錯(cuò)誤，從而提高蛋白的合成效率和可溶性表達(dá)水平。
去除信號(hào)肽或特定結(jié)構(gòu)域：某些蛋白的信號(hào)肽或特定結(jié)構(gòu)域可能會(huì)影響其在宿主細(xì)胞內(nèi)的可溶性表達(dá)。通過(guò)生物信息學(xué)分析，預(yù)測(cè)并去除對(duì)可溶性表達(dá)不利的信號(hào)肽或結(jié)構(gòu)域，可能會(huì)提高重組蛋白的可溶性。但需要注意的是，去除這些區(qū)域可能會(huì)影響蛋白的功能，因此需要在后續(xù)實(shí)驗(yàn)中進(jìn)行驗(yàn)證。
2.選擇合適的表達(dá)系統(tǒng)
選擇合適的宿主菌株：不同的宿主菌株具有不同的蛋白折疊和修飾機(jī)制，對(duì)重組蛋白的可溶性表達(dá)有重要影響。例如，大腸桿菌是常用的表達(dá)宿主，其中 BL21 (DE3) 菌株適用于表達(dá)以包涵體形式存在的蛋白，而 Rosetta 菌株則可用于補(bǔ)充稀有密碼子對(duì)應(yīng)的 tRNA，有助于提高一些含有稀有密碼子的重組蛋白的表達(dá)量和可溶性。
使用分泌型表達(dá)載體：將重組蛋白與信號(hào)肽序列融合，構(gòu)建分泌型表達(dá)載體。這樣可以引導(dǎo)重組蛋白分泌到細(xì)胞周質(zhì)空間或細(xì)胞外培養(yǎng)基中，避免蛋白在細(xì)胞質(zhì)內(nèi)過(guò)度積累而形成包涵體，同時(shí)細(xì)胞周質(zhì)空間或細(xì)胞外的環(huán)境更有利于蛋白的正確折疊，從而提高蛋白的可溶性。
3.調(diào)整培養(yǎng)條件
降低培養(yǎng)溫度：較低的培養(yǎng)溫度可以減緩細(xì)胞的生長(zhǎng)速度和蛋白的合成速度，使蛋白有更充足的時(shí)間進(jìn)行正確折疊，減少錯(cuò)誤折疊和聚集的發(fā)生，從而提高蛋白的可溶性。例如，將培養(yǎng)溫度從 37℃降低到 25 - 30℃，可能會(huì)顯著提高某些重組蛋白的可溶性表達(dá)。
優(yōu)化培養(yǎng)基成分：選擇合適的培養(yǎng)基成分和添加物可以促進(jìn)重組蛋白的可溶性表達(dá)。例如，在培養(yǎng)基中添加適量的甘氨酸甜菜堿、海藻糖等滲透壓保護(hù)劑，可以提高細(xì)胞的穩(wěn)定性和蛋白的可溶性；添加適量的二硫蘇糖醇（DTT）等還原劑，可以防止蛋白分子內(nèi)或分子間的二硫鍵錯(cuò)誤形成，有助于蛋白的正確折疊和溶解。
控制誘導(dǎo)時(shí)機(jī)和誘導(dǎo)劑濃度：對(duì)于可誘導(dǎo)表達(dá)系統(tǒng)，如 IPTG 誘導(dǎo)的乳糖操縱子系統(tǒng)，要選擇合適的誘導(dǎo)時(shí)機(jī)和誘導(dǎo)劑濃度。過(guò)早或過(guò)晚誘導(dǎo)都可能影響蛋白的表達(dá)和可溶性。一般來(lái)說(shuō)，在細(xì)胞生長(zhǎng)到對(duì)數(shù)中期或后期進(jìn)行誘導(dǎo)，使用較低濃度的誘導(dǎo)劑，延長(zhǎng)誘導(dǎo)時(shí)間，有助于提高重組蛋白的可溶性表達(dá)。
4.共表達(dá)分子伴侶或折疊酶
共表達(dá)分子伴侶：分子伴侶可以幫助新生肽鏈正確折疊，防止蛋白聚集。將重組蛋白與分子伴侶（如 GroEL - GroES、DnaK - DnaJ - GrpE 等）共表達(dá)，能夠提高重組蛋白在細(xì)胞內(nèi)的正確折疊效率，從而增加其可溶性表達(dá)。
共表達(dá)折疊酶：一些折疊酶如蛋白二硫鍵異構(gòu)酶（PDI）、肽脯氨酰順?lè)串悩?gòu)酶（PPI）等，可以催化蛋白折疊過(guò)程中的二硫鍵形成和脯氨酸殘基的順?lè)串悩?gòu)化，促進(jìn)蛋白的正確折疊。與這些折疊酶共表達(dá)，有助于提高含有二硫鍵或脯氨酸殘基較多的重組蛋白的可溶性。
