蛋白质工程的现状发展及展望
蛋白质工程演讲稿范文
尊敬的各位领导、各位老师、亲爱的同学们：大家好！今天我演讲的主题是“蛋白质工程”。
蛋白质工程是一门新兴的交叉学科，它将生物学、化学、物理学和计算机科学等多个领域相结合，致力于通过对蛋白质的改造和设计，使其在生物医学、农业、工业等领域发挥更大的作用。
下面，我将从以下几个方面来为大家介绍蛋白质工程。
一、蛋白质工程概述1. 蛋白质工程的概念蛋白质工程是指通过基因工程、分子生物学、生物化学等方法，对蛋白质进行定向改造，使其在结构和功能上发生改变，以满足人类生产和生活需求的一种技术。
2. 蛋白质工程的意义蛋白质工程具有广泛的应用前景，主要包括以下几个方面：（1）生物医药领域：利用蛋白质工程改造药物载体，提高药物靶向性和疗效；设计新型药物，如抗肿瘤药物、抗病毒药物等；治疗遗传病，如血红蛋白病等。
（2）农业领域：通过蛋白质工程改造植物基因，提高作物产量、抗病性、抗逆性等；培育新型转基因动物，如抗病奶牛、高产猪等。
（3）工业领域：利用蛋白质工程改造酶，提高酶的催化活性、稳定性等；生产新型生物材料，如生物可降解塑料、生物酶制剂等。
二、蛋白质工程的研究方法1. 基因工程基因工程是蛋白质工程的基础，通过基因重组、基因克隆等技术，获取目标蛋白质的基因序列。
2. 分子生物学分子生物学技术用于研究蛋白质的结构和功能，如X射线晶体学、核磁共振、质谱等。
3. 生物化学生物化学技术用于研究蛋白质的理化性质，如蛋白质变性、折叠、修饰等。
4. 计算机科学计算机科学技术用于蛋白质结构预测、分子模拟等，为蛋白质工程提供理论支持。
三、蛋白质工程的应用实例1. 抗肿瘤药物利用蛋白质工程改造肿瘤相关蛋白，如EGFR、Her2等，设计新型抗肿瘤药物，提高治疗效果。
2. 抗病毒药物通过蛋白质工程改造病毒表面蛋白，如HIV、流感病毒等，设计新型抗病毒药物，降低病毒传播。
3. 抗菌药物利用蛋白质工程改造细菌耐药性相关蛋白，如β-内酰胺酶等，设计新型抗菌药物，提高治疗效果。
蛋白质工程技术的研究进展
蛋白质工程技术的研究进展蛋白质是生命体中重要的大分子有机化合物。
它们扮演着许多生物过程中至关重要的角色，例如结构成分、催化反应等等。
因此，蛋白质在医学诊断、药物研发以及工业生产等领域都具有极高的使用价值。
近年来，蛋白质工程技术不断取得进展，成为蛋白质应用研究的重要手段。
蛋白质工程技术的基础是分子生物学和生物化学，目的是通过改变蛋白质的结构和功能，使其适应特殊的应用需求。
它包括构筑新蛋白质、改良已有蛋白质和研究蛋白质的分子机制等方面。
目前，常用的蛋白质工程技术主要包括基因工程、蛋白质纯化、生物反应器的建设和高通量筛选技术等。
其中，基因工程是蛋白质工程技术的核心和基础，其主要方法包括PCR扩增、定点突变、拼接等。
通过基因工程技术，人们可以快速构建出自己想要的蛋白质序列，并进行高效稳定的表达和纯化。
生物反应器建设是蛋白质工程技术中至关重要的一环。
在生物反应器中，我们可以控制温度、气氛、营养物等条件，获得稳定的菌群并在其内进行目标蛋白质的表达。
由于不同的蛋白质在构造、结构和性质上存在差异，因此在生产过程中应考虑不同的生产策略，选择不同的产生菌株，并对其进行优化改良。
高通量筛选技术是蛋白质工程技术中的前沿方向之一。
通过高通量筛选，可以在每次实验中同时测试大量的样品，快速选出符合要求的目标蛋白质。
目前，高通量筛选技术已广泛运用于抗体制备、药物筛选、蛋白质交互作用研究等方面。
蛋白质工程技术的广泛应用使之成为制药和工业领域的关键技术。
比如，基因工程菌生产的重组生物制剂具有高效、安全的特性，被广泛用于癌症治疗、传染病治疗、生物制剂等诊断和治疗领域。
此外，蛋白质工程技术还可以帮助制定更好的食品加工工艺等。
随着研究的深入，蛋白质工程技术仍然面临着很多挑战。
蛋白质工程中的问题包括蛋白质表达的不稳定性、蛋白质极性对稳定性和活性的影响、产物的低产率、低纯度等等。
未来，蛋白质工程技术需要进一步发展以解决这些问题，使其更好的适应实际应用需求。
蛋白质工程的研究现状及发展趋势
蛋白质工程的研究现状及发展趋势蛋白质工程是指利用基因重组、蛋白质化学修饰等手段对蛋白质进行改造、设计的学科。
这一领域的兴起和发展，不仅体现了生物科技的进步，也为人们的健康和医疗治疗提供了极具前景的展望。
蛋白质工程的研究现状蛋白质工程起源于上世纪80年代，随着基因工程的兴起和技术的进步，蛋白质工程得到了飞速的发展。
从最初的改造单一酶的活性，到目前已经发展成为一个庞大的学科，涉及到多种蛋白质工程技术，包括：1.基因工程：利用克隆技术，通过重组DNA序列，将多个给定基因片段组合起来，使其表达新的许多有用的蛋白质。
2.蛋白质化学修饰：对蛋白质分子进行物理、化学或生物化学修饰，如酶促反应、剪切、磷酸化等，从而改变其结构和功能。
3.抗体工程：利用重组DNA技术和旋转期中门方法，通过克隆C型肠道毒素等毒素或抗体，使其表达更为稳定和有效。
4.结构生物学：通过X射线晶体学、中子散射、核磁共振等手段，解析蛋白质三维结构，研究蛋白质结构与功能之间的关系。
以上这些技术的迅速发展，使得蛋白质工程成为目前生物科技领域中研究最活跃的领域之一。
蛋白质工程的发展趋势未来，蛋白质工程的研究将会朝着以下几个方向发展：1.高通量筛选技术：针对现有的大规模抗体库，将高通量筛选技术与生物信息技术相结合，提高对抗体结构和性能的筛选效率。
2.蛋白质多样性：为了满足疾病治疗的个性化需求，蛋白质工程将会向着更为多样化的方向进行发展，例如群体序报送、共表达优化等技术的进一步开发。
3.定制化蛋白质制造：蛋白质工程将会向着定制化蛋白质制造的方向发展，例如通过蛋白质组合、化学合成等手段，制造出更加高效、纯净、高活性的蛋白质。
4.蛋白质疫苗：随着人们对传染病等健康问题的关注，蛋白质疫苗越来越受到关注。
蛋白质工程领域将会关注生产量、稳定性与安全性等问题，进一步提高蛋白质疫苗的研究效率。
结语蛋白质工程技术的不断发展，为人们喜闻乐见利用生物技术解决现实问题提供了巨大的助力。
生物工程的蛋白质工程
生物工程的蛋白质工程生物工程的蛋白质工程是指利用基因工程等方法对蛋白质进行设计、合成和改良的一门学科。
蛋白质工程的目的是通过改变蛋白质的结构、功能或性质，实现对生物体生长、代谢等过程的调控，从而获得具有特定功能或性能的精确控制的蛋白质。
一、蛋白质工程的意义蛋白质作为生物体中最重要的宏观有机分子之一，扮演着多种重要生理功能的角色。
通过对蛋白质的工程处理，可以实现许多有益的应用，如：1. 药物开发与治疗：蛋白质工程可以用于开发新药物，并改善现有药物的治疗效果。
通过工程处理蛋白质，可以增加其稳定性、活性和药代动力学性质，提高药物的治疗效果和稳定性。
2. 生命科学研究：蛋白质工程可以用于研究生物体的生理过程和分子机制。
通过改变蛋白质的结构和功能，可以揭示生命科学中复杂的分子互作关系和信号传递途径，为理解生物系统的运作机制提供了重要工具。
3. 工业应用：蛋白质工程可以用于开发生物制造工艺中的酶催化系统，提高生产效率和产物质量。
利用工程处理后的蛋白质，可以设计新的酶催化反应，实现环境友好型的高效生产过程。
4. 农业领域：蛋白质工程可以用于改良植物和动物的性状，提高农作物的产量和抗病虫害能力，改善畜禽育种品种的性能。
二、蛋白质工程的方法蛋白质工程的方法主要包括以下几种：1. 合成基因：通过合成基因技术，可以设计和合成具有特定序列的蛋白质基因。
合成的基因可以经过进一步的改造和表达，得到具有特定功能的蛋白质。
2. 蛋白质改造：通过对蛋白质的序列、结构和功能进行改变，可以得到具有不同性质的蛋白质。
这可以通过遗传工程手段，如点突变、插入或删除等，来实现。
3. 蛋白质表达：通过利用多种表达系统，如大肠杆菌、酵母、动物细胞等，可以高效地表达和生产目标蛋白质。
4. 蛋白质折叠和修饰：蛋白质在细胞表达过程中会发生折叠和修饰。
通过控制折叠条件和改变修饰酶的表达，可以获得具有良好稳定性和活性的蛋白质。
5. 结构预测和设计：通过计算机模拟和预测方法，可以推测蛋白质的结构和功能。
蛋白质工程的研究进展及前景展望
蛋白质工程的研究进展及前景展望１蛋白质工程的由来和目标蛋白质工程是在基因工程冲击下应运而生的。
基因工程的研究与开发是以遗传基因，即脱氧核糖核酸为内容的。
这种生物大分子的研究与开发诱发了另一个生物大分子蛋白质的研究与开发。
这就是蛋白质工程的由来。
它是以蛋白质的结构及其功能为基础，通过基因修饰和基因合成对现存蛋白质加以改造，组建成新型蛋白质的现代生物技术。
这种新型蛋白质必须是更符合人类的需要。
因此，有学者称，蛋白质工程是第二代基因工程。
其基本实施目标是运用基因工程的ＤＮＡ重组技术，将克隆后的基因编码加以改造，或者人工组装成新的基因，再将上述基因通过载体引入挑选的宿主系统内进行表达，从而产生符合人类设计需要的“突变型”蛋白质分子。
这种蛋白质分子只有表达了人类需要的性状，才算是实现了蛋白质工程的目标。
２蛋白质工程原理和基本操作２．１分子设计由于基因工程的发展，人们已经可以运用基因重组等理论和方法去设计并制造出预想的各种性能的蛋白质。
这种改变蛋白质的操作可以在蛋白质水平上，也可以在基因水平上。
如基因水平的改变，是在功能基因开发的基础上，对编码蛋白质的基因进行改造，小到可改变一个核苷酸，大到可以加入或消除某一结构的编码序列。
蛋白质水平的改变则主要是对制造出的蛋白质进行加工、修饰，如磷酸化、糖基化等。
蛋白质的化学修饰条件剧烈，无专一性，而基因操作则比较方便，在实施基因操作时，必须预先知道是哪个氨基酸或哪几个氨基酸影响着蛋白质的性状。
就现代生物技术发展水平看，大量新蛋白质通过检测，来确定改变的蛋白质是否具有预期的性状，技术上已是可行的。
２．２定点突变技术目前，在蛋白质工程中最常采用的技术是定点诱变技术，即在特定的位点改变基因上核苷酸的种类，从而达到改变蛋白质性状的目的。
蛋白质工程发展至当代，利用专一改变基因中某个或某些特定核苷酸的技术，可以产生具有工业上和医药上所需性状的蛋白质。
一般来讲对蛋白质所作的改造包括增强酶蛋白的催化能力、稳定性、专一性以及改善酶蛋白质的反应条件等几个方面，已为其大规模的应用创造了条件。
蛋白质工程专项项目眼光展望推进
蛋白质工程专项项目眼光展望推进随着现代生物学和生物技术的发展，蛋白质工程已经成为解决许多生物医学和工业领域中的问题的关键技术。
蛋白质工程专项项目的眼光展望与推进是十分重要的，它涉及到了该领域的未来发展方向、关键技术的研究、技术的应用和创新发展等方面。
1. 未来发展方向蛋白质工程作为一项重要的生物技术，将引领未来生物医学和生物工业的发展。
在未来，蛋白质工程将致力于开发更加高效、精准的蛋白质合成、修饰和功能设计方法。
例如，基因编辑和蛋白表达系统的改进将为蛋白质工程提供更好的基础设施。
此外，结合人工智能和机器学习的方法，可以加速蛋白质结构预测和功能优化，为蛋白质工程的进一步发展提供技术支持。
2. 关键技术研究蛋白质工程项目需要深入研究和应用一系列关键技术，以实现对目标蛋白质的改造和功能优化。
首先，基因工程技术是蛋白质工程的核心技术之一，它可以通过改变目标蛋白质的基因序列，实现蛋白质的生物合成和表达。
其次，蛋白结构预测和模拟技术能够帮助研究人员理解蛋白质的结构和功能，并根据需要进行优化和设计。
此外，高通量筛选技术、亲和力学技术和蛋白质交联技术等，也是蛋白质工程中关键的技术方法。
3. 技术应用和创新发展蛋白质工程在医学和工业领域有着广泛的应用前景。
在医学领域，蛋白质工程可以用于制造新型的药物、生物标记物和诊断试剂。
通过改变蛋白质的结构和功能，可以提高药物的效力，降低副作用，并开发出更加精准的个性化治疗方法。
在工业领域，蛋白质工程可以应用于食品生产、生物燃料生产和酶制剂等方面，提高生产效率、降低生产成本，并减少对环境的影响。
此外，在蛋白质工程专项项目的眼光展望和推进中，还需要关注以下问题：4. 安全和伦理问题蛋白质工程的发展必须与安全和伦理进行平衡。
在进行蛋白质的修改和优化时，需要仔细评估其安全性，并确保其对人体和环境的影响可控和可预测。
此外，应该遵循伦理规范，确保蛋白质工程技术的应用不违背道德原则，并为公众利益提供最大的保障。
蛋白质工程技术的应用与发展前景
蛋白质工程技术的应用与发展前景近年来，蛋白质工程技术在生物制药、生物检测、食品加工、农业种植等领域的应用日益广泛，成为生命科学和产业领域的重要研究和发展方向。
蛋白质工程技术作为现代分子生物学和生物技术的重要组成部分，具有开发优质蛋白质、改良蛋白质性质、创造新的生物功能及应用等重要意义。
一、蛋白质工程技术的概念蛋白质工程技术是利用分子生物学和基因工程技术改变蛋白质的基因序列和表达，以获取新的蛋白质或改良蛋白质性质的技术。
通过对蛋白质分子结构和功能的深入研究，以及对蛋白质化学、物理特性等方面的控制和改良，能够创造出许多新的生物功能和产业应用。
二、蛋白质工程技术的应用1. 生物制药蛋白质工程技术在生物制药领域的应用十分广泛。
通过蛋白质工程技术改变目标蛋白的序列和结构，使其更适合人体吸收、代谢和作用等生理活性，从而提高药效，降低副作用。
此外，蛋白质工程技术还可以生产重组蛋白，解决传统药物产业增长瓶颈，促进医药产业的发展。
2. 生物检测蛋白质工程技术应用于生物检测领域，可以改良检测灵敏度、选择性和稳定性等关键性能。
例如，蛋白质工程技术可以开发新的荧光探针、酶标记试剂和生物传感器等，应用于生物分子的检测、筛选和鉴定等方面，有助于实现更加精准的生物检测。
3. 食品加工蛋白质工程技术在食品加工领域，可应用于制造低脂、低胆固醇、高蛋白、有功能性等口感良好的食品。
例如，利用蛋白质工程技术，可以将动物蛋白和植物蛋白相互结合，从而制造出新型的食品添加剂。
4. 农业种植蛋白质工程技术在农业种植领域，可以用于提高农作物的产量、提高其耐旱、抗虫、抗病等能力。
通过改良植物蛋白质，如调控其酶活性和蛋白质交互作用，使其更加适应于恶劣环境下生存，从而提高植物的生长能力和生产力。
三、蛋白质工程技术的发展前景蛋白质工程技术在以上领域的应用已经取得了极大的成功，随着科技的不断进步和人们对生命科学、健康和环保的不断追求，蛋白质工程技术的应用和发展前景也显得十分宽广。
蛋白质工程技术的应用与展望
蛋白质工程技术的应用与展望申请人注：本文将从蛋白质工程技术的发展历程、主要应用及前景三个方面来探讨该技术的意义以及未来走向。
蛋白质工程技术的应用与展望蛋白质工程技术是指利用基因工程、分子生物学等手段对蛋白质进行设计、改造或制造的技术。
伴随着生物技术的快速发展，蛋白质工程技术在科研、临床、工业和农业等领域得到广泛应用。
本文将从蛋白质工程技术的发展历程、主要应用及前景三个方面来探讨该技术的意义以及未来走向。
一、蛋白质工程技术的发展历程蛋白质工程技术的前身可以追溯到20世纪初的血清学和免疫学。
20世纪50年代末60年代初，人们发现酶分子的构象可以影响其催化性质，为蛋白质工程技术奠定了基础。
1975年，科学家富尔克首次通过重组DNA技术合成人工基因，并将其成功导入大肠杆菌中进行表达和产生胰岛素前体。
20世纪80年代，人们开始研究基因工程制造抗体和蛋白质半合成等技术。
而到了21世纪，蛋白质工程技术得到飞速发展，被广泛应用于生命科学和临床药物开发等领域。
二、蛋白质工程技术的主要应用1. 生命科学领域蛋白质工程技术可以通过调节蛋白质的结构、组装或物理化学特性等方面，来研究蛋白质生物学过程以及其功能。
在生物技术研究和合成生物学领域，蛋白质工程技术被广泛应用于构建分子工厂、代谢工程、人工酶的设计以及高通量筛选等方面。
2. 药品制造领域蛋白质工程技术是目前最重要的药物开发技术之一，特别是生物制药领域。
通过基因重组技术，可以合成大量的重组蛋白和单克隆抗体，从而生产出更加安全、高效、纯净的生物制品。
此外，通过蛋白质工程技术，还可以有效改善药品的药代和药效学特性，推进药品的临床前研究和开发。
3. 工业应用领域蛋白质工程技术可以在工业化生产过程中被广泛使用。
举个例子，工程菌株利用蛋白质工程技术来转化生物质，或者通过改变酶的催化特性等方面来降低能源消耗并提高产物的产量和质量。
此外，蛋白质工程技术在食品工业中的应用也逐渐发展起来。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
蛋白质工程的现状发展及展望摘要: 蛋白质工程是用分子生物学手段对蛋白质进行分子改造的技术。
介绍了蛋白质工程的几种常用方法及其基本原理和研究进展。
关键词: 蛋白质工程;定点诱变; 定向进化20世纪70年代以来, 对蛋白质的分子改造渐渐进入研究领域, 通过对蛋白质分子进行突变, 得到具有新的表型和功能或者得到比原始蛋白相对活力更高的突变体,对蛋白质的分子改造技术逐渐纯熟。
蛋白质工程的主要技术分为理性进化和非理性进化,已经在农业、工业、医药等领域取得了较大的进展。
1.理性进化理性进化主要是利用定点诱变技术, 通过在已知DNA序列中取代、插入或缺失一定长度的核苷酸片段达到定点突变氨基酸残基的目的。
运用该技术已有不少成功改造蛋白质的例子。
Markus Roth通过同源性比对和定点突变技术, 对EcoR DNA甲基化酶进行改造,使其对胞嘧啶的亲和性增加了22倍。
定点突变还主要应用于蛋白质结构和功能的研究方面。
酰基载体蛋白(ACP)的主要作用是在单不饱和脂肪酸的特定位置引入双键, Caho通过定点突变研究, 发现将五个氨基酸残基置换之后的酶, 由6- 16 : 0- ACP脱氢酶变成9- 18 : 0- ACP脱氢酶。
Van den Burg利用蛋白同源建模和定点突变技术结合的方法将从Bacillus stear other mophilus分离出来的嗜热菌蛋白酶突变, 得到的突变体稳定性提高了8倍, 100 在变性剂存在的情况下还能发挥作用,但是大部分单个氨基酸的改变对于整个蛋白的影响比较小,很难在高级结构上改变蛋白质的三级结构, 从而造成很大的影响, 所以在定点突变的基础上又出现了许多新的技术, 用于改造蛋白质分子。
[1] 2.非理性进化非理性蛋白质进化, 又称定向进化或者体外分子进化,在实验室中模拟自然进化过程, 利用分子生物学手段在分子水平增加分子多样性, 结合高通量筛选技术, 使在自然界中需要千百万年才能完成的进化过程大大缩短,在短期内得到理想的变异。
这种方法不用事先了解蛋白质结构、催化位点等性质, 而是人为地制造进化条件, 在体外对酶的编码基因进行改造, 定向筛选, 获得具有预期特征的改良酶, 在一定程度上弥补了定点诱变技术的不足, 具有很大的实际应用价值。
一个比较成功应用定向进化的例子是对红色荧光蛋白的改造。
绿色荧光蛋白由于本身独特的发光性质,被应用到细胞生物学当中, 作为体内原位跟踪蛋白质的一个极其有效的工具。
Dis cosoma红色荧光蛋白(Ds Red)在荧光共振能量转移技术(fluorescen ceresonance energy transfer)中可以和绿色荧光蛋白一起作用,作为研究两种蛋白质相互作用的有效工具,但是野生型的Ds Red由于显色速率较慢,而且稳定性较差,Brooke Bevis建立随机突变文库,在103-105个转化子中筛选到了大大提高显色效率的突变体, 使显色效率提高了10-15倍。
[2]易错PCR是利用DNA聚合酶不具有3’– 5’校对功能的性质, 在PCR扩增待进化酶基因的反应中, 使用低保真度的聚合酶, 改变四种dNTP的比例,加入锰离子并增加镁离子的浓度, 使DNA聚合酶以较低的比率向目的基因中随机引入突变, 并构建突变库。
Moore等对鼠伤寒沙门菌Salmonella typhmiurium产生的门冬氨酰二肽酶(aspart yldipeptidase)进行改良, 经两次易错PCR引入随机突变, 并结合DNA改组和正向选择筛选, 得到的pepEm3074突变株, 其酶活力比野生菌提高47倍。
DNA改组( DNA shuffling)技术克服了随机突变的随机性较大的限制,能够直接将多条基因的有利突变直接重组到一起, 它的原理是使用DNase I酶切或超声波断裂多条具有一定同源关系的蛋白编码基因, 这些小片段随机出现部分片段的重叠, 产生的片段在不加引物的情况下进行几轮PCR,通过随机的自身引导或在组装PCR过程中重新组装成全长的基因, 由于存在不同的模板, 使得到的全长基因具有不同谱系之间的重组, 再进行最后一轮PCR,加入全长引物, 扩增得到改造过的全长基因。
利用DNA改组已成功进化了编码内酰胺酶、葡萄糖苷酶、脂肪酶、绿色荧光蛋白、烷基转移酶、苯甲基脂酶基因以及编码砷酸盐和阿特拉津降解酶的整个操纵子。
[3]在DNA改组技术的基础上又发展出外显子改组(exon shuffling)和家族改组(family shuffling)。
外显子改组是靠同一种分子间内含子的同源性带动, 而使DNA改组不受任何限制, 发生在整个基因片段上, 更适用于真核生物,并可获得各种大小的随机文库。
交错延伸重组(stagger edextensi on process , StEP)是一种简化的DNA shuffling方法,是在PCR 反应中, 将含不同点突变的模板混合, 随之进行多轮变性、短暂复性及延伸反应, 在每一轮中, 那些部分延伸的片段可以随机地杂交到含不同突变的模板上继续延伸,由于模板转换而实现不同模板间的重组, 如此重复直至获得全长基因片段。
RPR 法(Random-Prmiing Recombi nation DNA Shuffling)是以单链DNA为模板, 配合一套随机序列引物, 先产生大量互补于模板不同位点的短DNA片段, 由于碱基的错配和错误引发, 这些短DNA片段中也会有少量的点突变,在随后的PCR反应中, 它们互为引物进行合成, 伴随组合, 再组装成完整的基因长度。
过渡模板随机嵌合(random chmiera genesis on transient templates, ACHITT)技术是改进的基因改组技术, 不包括热循环、链转移或交错延伸反应, 而是将随机切割的基因片段杂交到一个临时DNA模板上进行排序、修剪、空隙填补和连接, 其中的悬垂切割步骤可使短片段得以重组,提高重组的频率和密度。
发酵过程常常由于微生物对温度、pH、溶液的影响而导致产量低, 微生物的自身调控系统十分复杂和精细, 致使单个基因的突变很难对其产生某种产物的能力造成影响,因此, 对微生物的进化要在整个基因组的水平上进行才能起到有效的作用, 于是出现了一种叫全基因组改组(Whole-Genome Shuffling)的技术, 它结合了DNA shuffling和传统的育种技术的优点, 传统的育种技术耗时较长,经常由于亲本的相容性不好而影响育种效果, 而且实验过程完全可以用随机突变和筛选文库来完成, Zhang等从能产泰乐菌素的Streptomyces fradiae的改造过程中证明了这种方法可以快速改善泰乐菌素的产量,Ranjan Patnaik比较了传统育种方法和基因组改组技术之后, 发现乳酸菌Lact obacillus能在pH4.0的条件下产出比野生菌株多三倍的乳酸,而传统育种方法明显没有基因组改组取得的效果好。
体外异源杂交和体内修复,这种方法首先在体外进行异源杂交DNA双链, 转化细菌, 在胞内完成修复, 同时产生出一种新的以亲本DNA为模板的杂交DNA文库,这是对DNA Shuffling等已存在的基因重组方法的补充, 特别适用于大片段DNA和整个操作子的重组, 但是这种方法需要亲本基因具有极高的同源性,而且每次重组只能进行两个亲本,这也在一定程度上限制了它的应用。
[4] -[5]通过同源重组或随机突变产生的蛋白突变体一定程度上都是依照模板蛋白进行的,它们与模板蛋白的相似程度较大, 而非同源重组(Nonhomologous Recombination )能够产生完全不同于模板的新的蛋白质, 新的蛋白可能在自然界中并不存在, 为研究进化蛋白提供了潜在的可能性,很多种方法可以进行非同源重组, 如杂交酶递增切断技术( Incre mental truncati on for the creation of hybrid enzymes ,I TCHY)可以产生由基因氨基端和羧基端杂交形成的嵌合体基因库。
该法首先用核酸外切酶代替DNase I分别消化两种基因建立ITCHY库(I TLs) , 对靶序列末端基因完全删除, 并通过降低切断温度、改变消化缓冲液浓度和加入酶抑制剂等方法改变外切酶在37℃消化过快的问题。
最后将两种I TLs混合后进行DNA改组建立SCRATC HY库(shuffled I TC HY libraries)。
[5]这项技术降低了家族改组对同源性的要求, 使家族DNA改组的概念和应用得到了进一步深化和延伸, 并在其他领域得到有效的运用。
Griswold等将序列同源性仅54.3%、且对底物的专一性不同的人类和大白鼠类GST酶进行家族改组,利用I TCHY技术对两者的同源编码基因进行融合重组, 获得的重组表达蛋白SCR23活性是人类GST酶的300倍, 时突变体酶还获得了催化谷胱甘肽和利尿酸结合的合成酶活性。
[6]- [7]3. 展望蛋白质工程作为分子生物学水平上对蛋白质结构和功能进行改造的手段已经受到越来越多的研究人员的关注, 并且其应用广泛, 目前已经在蛋白质药物、工业酶制剂、农业生物技术、生物代谢途径等等研究领域取得了很大进步。
在分子生物学手段日益发展的今天, 新的蛋白质工程手段逐渐面世, 对于蛋白质分子改造起到了极其重要的作用, 通过这种手段提高蛋白质的特性如热稳定性、耐酸性、耐碱性等仍然是目前的重要研究方向。
[8]3.1医用蛋白质工程利用生物细胞因子进行人类疾病治疗的独到作用已越来越被人们重视, 基因工程技术诞生后首先就被用于人生长激素释放抑制因子、胰岛素等医用蛋白质产品开发,大大降低了用于治疗的成本。
利用大肠杆菌进行真核生物蛋白质表达会遇到生物活性低等问题, 解决这些问题的出路一是研究开发新的表达系统, 如酵母、哺乳动物细胞等,这方面已取得很大的成效。
另一方面就需要借助蛋白质工程, 如利用分子设计和定点突变技术获得胰岛素突变体的工作国内外都取得了相当多的成果, 此外, 干扰素、尿激酶等蛋白质工程也都取得进展, 即将得到长效、速效、稳定、作用更广的蛋白质药物。
医用蛋白质的市场广大, 待开发的产品也非常之多。
此外, 利用蛋白质工程技术进行分子设计, 通过肽模拟物(peptidomimetics)构象筛选药物等方面研究更加丰富了蛋白质工程的内容。
[9] 3.2工业用酶的蛋白质工程以酶的固定化技术为核心的酶工程是本世纪继生物发酵工程后又一次创造出巨大工业应用价值的现代生物工程技术, 蛋白质工程在这一领域应用可以说前景最看好。
通过酶的结构或局部构象调整、改造, 可大大提高酶的耐高温、抗氧化能力, 增加酶的稳定性和适用pH 范围, 从而获得性质更稳定、作用效率更高的酶用于食品、化工、制革、洗涤等工业生产中, 这方面已取得了许多成功的先例, 如食品工业中用于制备高果糖浆的葡萄糖异构酶, 用于干酷生产的凝乳酶, 用于洗涤工业的枯草杆菌蛋白酶等蛋白质工程产品都将开发使用。