大肠杆菌基因工程
大肠杆菌基因工程菌常用类型

1、大肠杆菌DH5a菌株DH5a是世界上最常用的基因工程菌株之一。
由于DH5α是DNA酶缺陷型菌株,有利于基因克隆,保存质粒,但该菌株的蛋白酶没有缺陷,表达的蛋白容易被降解,因此通常不作为表达菌株。
E.coli DH5a在使用pUC系列质粒载体转化时,可与载体编码的β-半乳糖苷酶氨基端实现α-互补。
可用于蓝白斑筛选鉴别重组菌株。
基因型:F-,φ80dlacZΔM15,Δ(lacZYA-argF)U169,deoR,recA1,endA1,hsdR17(rk-,mk+),phoA,supE44,λ-,thi-1,gyrA96,relA12、大肠杆菌BL21(DE3) 菌株该菌株用于高效表达克隆于含有噬菌体T7启动子的表达载体(如pET系列)的基因。
T7噬菌体RNA聚合酶位于λ噬菌体DE3区,该区整合于BL21的染色体上。
该菌适合表达非毒性蛋白。
基因型:F-,ompT,hsdS(rBB-mB-),gal,dcm(DE3)3、大肠杆菌BL21(DE3) pLysS菌株该菌株含有质粒pLysS,因此具有氯霉素抗性。
PLysS含有表达T7溶菌酶的基因,能够降低目的基因的背景表达水平,但不干扰目的蛋白的表达。
该菌适合表达毒性蛋白和非毒性蛋白。
基因型:F-,ompT hsdS(rBB-mB-),gal,dcm(DE3,pLysS ,Camr4、大肠杆菌JM109菌株该菌株在使用pUC系列质粒载体进行DNA转化或用M13 phage载体进行转染时,由于载体DNA产生的LacZa多肽和JM09编码的LacZΔM15进行α-互补,从而显示β-半乳糖苷酶活性,由此很容易鉴别重组体菌株。
基因型:recA1,endA1,gyrA96,thi-1,hsdR17,supE44,relA1,Δ(lac-proAB)/F’[traD36,proAB+,lacIq,lacZΔM15]5、大肠杆菌TOP10菌株该菌株适用于高效的DNA克隆和质粒扩增,能保证高拷贝质粒的稳定遗传。
基因工程-32大肠杆菌克隆载体课件

这样可以在转化后的大肠杆菌细胞中获得大量 的目的DNA。
第二个优点在于重组体的识别只需一步,仅仅 只要把待筛选的大肠杆菌铺板到含有氨苄青 霉素和X-gal的琼脂培养基上。
而pBR322和pBR327,重组体的筛选都需要把 菌落从一种抗生素培养基原样转移到另一种 抗生素培养基平板。
一个用pUC8做载体的克隆实验比选择pBR322
当被克隆的基因有潜在的危害性时,应优先选 择pBR327。
•基因工程-32大肠杆菌克隆载体
•12
•基因工程-32大肠杆菌克隆载体•13来自pUC8—乳糖选择质粒
pUC8也是一个源自于pBR322的质粒,
只保留了pBR322的复制起点和ampR基因。 ampR基因的核酸序列也被改变了,不再包含唯一
的限制性酶切位点。
到噬菌体M13的短序列中。产生了M13mpl, 它在含有X-gal的琼脂板上形成蓝色的噬菌斑。
M13mpl的lacZ'基因上不含有任何的限制性酶
切位点,但在靠近基因起始位置的地方有一 个GGATTC的序列。改变一个核苷酸就变成
GAATTC,这是EcoRI的识别位点。这个改变
是用体外诱变完成的,产生了M13mp2克隆 载体。
用PstI,PuvI或ScaI酶切后插入DNA会导致氨 苄青霉素抗性基因失活;用BamHI及HindⅢ
等8个限制性内切核酸酶酶切后插入DNA会 导致四环素抗性基因失活。
这意味着pBR322支持很多种不同黏性末端的 DNA片段的导入。
•基因工程-32大肠杆菌克隆载体
•6
第三个优点在于pBR322有相当高的拷贝数
EcoRI的黏性末端。 多接头被插入到M13mp2克隆载体的EcoRI位
点上,形成了一个更加复杂的载体,即 M13mp7。
基因工程3大肠杆菌表达系统

生物农药实例
利用基因工程3大肠杆菌表达系统生产Bt蛋白 (Bacillus thuringiensis),该蛋白对多种
鳞翅目害虫具有毒杀作用,可有效防治棉花、 水稻和玉米等农作物的虫害。
基因工程3大肠杆菌表达系统在生物燃料领域的应用
生物燃料
基因工程3大肠杆菌表达系统在生物燃料领域的应用主要涉及生产生物柴油、生物氢等 可再生能源。通过在大肠杆菌中表达特定的外源基因,可以获得具有催化活性的酶,用
安全性问题
针对安全性问题,应加强监管和规范操作,确保基因工程3大肠杆菌表达系统的安全性 和可靠性。
基因污染
为避免基因污染,应加强基因工程3大肠杆菌表达系统的封闭式生产,并采取有效的检 测手段,确保产品的安全性和可靠性。
基因工程3大肠杆菌表达系统在未来的应用前景
生物制药
基因工程3大肠杆菌表达系统有望在生物制 药领域发挥重要作用,用于生产重组蛋白、 抗体、疫苗等生物药物。
利用基因工程3大肠杆菌表达系统生产重组 人胰岛素、生长激素、干扰素等蛋白质药物, 这些药物在临床治疗中发挥了重要作用。
基因工程3大肠杆菌表达系统在生物农药领域的应用
生物农药
基因工程3大肠杆菌表达系统在生物农药领 域的应用主要涉及生产具有杀虫、杀菌或除 草功能的蛋白质。通过在大肠杆菌中表达特 定的外源基因,可以获得具有生物活性的蛋 白质,用于防治农作物病虫害和杂草。
工业生产
基因工程3大肠杆菌表达系统在工业生产领域具有 广泛的应用前景,可用于生产酶、生物材料、生物 燃料等产品。
农业领域
基因工程3大肠杆菌表达系统在农业领域的 应用前景广阔,可用于改良作物品种、提高 抗逆性、增加产量等方面。
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第三章大肠杆菌基因工程-1

Plac -lacI 调控模式的问题与策略
问题1: 葡萄糖是宿主最适碳源,而启动子受葡萄糖阻遏, 不便于发酵培养基设计 对策: 采用突变型Plac UV5(不受葡萄糖阻遏)
突变型乳糖启动子Plac UV5
CAP正调控
野生型的Plac上游附近拥有
代谢激活蛋白(CAP)结合 区,cAMP激活CAP,CAP 结合启动子控制区,进而促 Plac O cAMP 高效转录
目的基因
cI857 PL B
吲哚丙烯酸,IAA)。
T7启动子 ——来自T7噬菌体的异源启动子
T7启动子——最成功的启动子
*只有T7 RNA 聚合酶才能识别 T7 启动子 * T7 RNA 聚合酶合成 mRNA 的速度比大肠杆菌RNA 聚合
酶的快 5 倍
*由于大肠杆菌本身不含 T7 RNA 聚合酶 ,需要将外源的 T7 RNA 聚 合酶引入宿主菌。 *通过调控T7 RNA 聚合酶 的表达间接调控外源基因的表达 *以 Novagen 公司的 pET 系统为杰出代表。
P
O
乳糖启动子Plac
转录受 CAP 正调控和 lacI 负调控 lacI 负调控
野生型的Plac与其控制区Olac 偶联在一起,在没有诱导物 存在时,整个操纵子处于基 底水平表达;诱导物可以使 启动子Plac介导的转录大幅 提高 高效转录 P 乳糖 异丙基-b-D-硫 代半乳糖苷(IPTG) 诱导 O 基底水平转录 阻遏蛋白
Ptac = 3 Ptrp = 11 Plac
启动子的筛选
采用鸟枪法策略,将合适大小的DNA片段 克隆到启动子探针质粒pKO1上 宿主细胞染色体DNA上的galE、galT与质
Apr pKO1 galK
粒上报告基因galk的表达产物联合作用,
简述大肠杆菌转化法的原理

简述大肠杆菌转化法的原理
大肠杆菌转化法是一种重要的基因工程技术,用于将外源DNA片段引导入大肠杆菌细胞中。
其原理如下:
1. 准备质粒DNA:外源DNA片段被克隆到一个环状DNA分子上,称为质粒。
质粒中通常包含一个选择性的抗生素抗性基因,用于筛选带有插入物的转化菌落。
2. 制备有效的感受态细胞:将大肠杆菌细胞在低温条件下处理,使其处于亚温感受夹状态。
这样可使细胞外膜孔增大,利于DNA片段进入细胞。
3. 转化:将质粒DNA与感受态细胞混合,并通过热激冷冻法或电穿孔法等方式,增加DNA片段进入细胞的效率。
这些DNA片段会进入大肠杆菌细胞的质粒或染色体。
4. 恢复和培养:将转化后的细菌在适宜条件下恢复生长,使其表达并复制质粒中的外源DNA片段。
5. 识别重组菌落:在含有相应抗生素的培养基上培养细菌,通过筛选获得带有外源DNA片段的重组菌落。
这些菌落会在培养基中形成可见的生长。
通过大肠杆菌转化法,科研人员可以将外源DNA片段导入到细胞中,从而实现基因的增加、改变或删除。
这是基因工程研究和应用中常用的手段,对于生物医
学、农业和工业领域都具有重要意义。
基因工程3大肠杆菌表达系统

• 制备用于电转化的感受态细胞相对容易。 当细菌长到对数中期,冷却、离心,然后用
冷却的去离子水反复清洗,最后用10%甘油重 悬细胞,使其浓度为31010细胞/毫升,在干冰 或液氮中速冻后置于-70 ℃贮存。
• 转化必须在0-4 ℃下进行。 如果在室温下操作,转化效率会大大降低。
四、克隆的真核基因在大肠杆菌细胞中的表达
大肠杆菌中表达体系的不足:
1. 真核基因,在结构上同原核基因之间 存在着很大的差别。
2. 真核基因的转录信号同原核的不同。
细菌的RNA聚合酶不能识别真核的启 动子;外源基因可能含有具大肠杆菌转 录终止信号功能的核苷酸序列。
3. 真核基因mRNA的分子结构同细菌的 有所差异,影响真核基因mRNA稳定性。
操作步骤: (1)将处于对数生长期的新鲜培养物(0.5-0.6OD),于4℃, 4000转/分钟离心10分钟,回收细菌细胞; (2)将细胞用0℃的2溶液重新悬浮细胞沉淀,以诱导细胞 感受态产生; (3)加入适量的DNA后,于42 ℃热处理90秒; (4)将混合物快速转移到冰浴中,是细胞冷却1-2分钟,加 入适当的培养基在37 ℃培养45分钟,使细胞复苏,并表达 质粒所携带的转化基因; (5)选择培养基培养,选择转化体。
§ 重组操作时, N-端增加一个增加稳定性的氨基酸
(3)表达天然的蛋白质
以形成融合蛋白的形式在大肠杆菌细胞中 表达外源真核基因具有许多方面的优越性。 例如,产物比较稳定,可以免受胞内蛋白酶 的降解作用,可以获得较高的产率。
Tacon等人在80年代初期,使用大肠杆菌的 trp启动子和与之相连的SD序列,构建了两种 有利于表达天然蛋白质的质粒载体。pWT551 和pWT571
(2)结构决定因子与蛋白质的稳定性
基因工程大肠杆菌发酵生产重组人胰岛素的研究

参考内容
引言
人胰岛素是一种重要的生物药物,对于治疗糖尿病具有显著效果。传统上,人 胰岛素的生产主要通过从人身体中提取胰岛素原,然后进行化学合成和结构改 造。然而,这种方法不仅成本高昂,而且生产周期长,难以满足市场需求。近 年来,随着生物技术的发展,利用重组大肠杆菌生产人胰岛素的方法逐渐得到 广泛应用。本次演示将详细介绍利用重组大肠杆菌生产人胰岛素的方法和相关 技术。
展望未来,基因工程大肠杆菌发酵生产重组人胰岛素的研究有望为糖尿病治疗 提供更加安全、有效的药物。随着科学技术的不断进步和研究的深入,我们相 信未来能够在提高产量、降低成本、优化质量等方面取得更大的突破。加强与 其他领域(如纳米技术、生物信息学等)的跨学科合作,将为该领域的研究和 应用提供更为广阔的前景。
生产流程
利用重组大肠杆菌生产人胰岛素的生产流程包括以下几个步骤:
1、细胞悬浮:将大肠杆菌接种到发酵罐中的无菌培养基中,在适宜的温度和 湿度条件下进行培养。培养过程中需监测细菌生长情况,以确保细菌处于最佳 生长状态。
2、发酵:当细菌生长到一定密度时,向发酵罐中加入适量的诱导剂,以诱导 细菌表达人胰岛素基因。发酵过程中需控制温度、湿度、氧气浓度等参数,以 确保细菌正常表达胰岛素基因。
一、背景介绍
基因工程技术是一种利用微生物或细胞体系生产人类所需蛋白质的技术。在过 去几十年中,基因工程技术得到了广泛应用,并在制药、生物能源、环境保护 等领域发挥了重要作用。重组人胰岛素是一种利用基因工程技术生产的胰岛素, 它与人体产生的胰岛素具有相似的结构和功能。然而,重组人胰岛素的生产过 程比较复杂,需要经过多个步骤,因此生产成本较高。
3、收集:发酵结束后,收集细菌培养液并进行过滤,以去除其中的杂质和细 胞残骸。
第十四章:大肠杆菌基因工程资料

突变碱基对,其活性比野生型Plac启动子更强,而 且对葡萄糖及分解代谢产物的阻遏作用不敏感,但 仍为受体细胞中的Lac阻遏蛋白阻遏,因此可以用
乳糖或IPTG进行有效诱导。人工构建的Ptac启动子
由于含有lac操作子区域,所以其阻遏诱导性质与
PlacUV5相同。
cI857 控制 PλL , cI857 阻遏蛋白在 42℃时失
活脱落, PL 便可介导目的基因的表达,但
在大型细菌培养罐中迅速升温很难,故常
使用双质粒的控制系统,用色氨酸间接控
制目的基因表达。
当培养基中缺少色氨酸时,Ptrp启动子打开,CI 阻遏蛋白合成,由Pl启动子介导的外源基因转录 关闭;相反,当色氨酸大量存在时,Ptrp启动子 关闭,CI阻遏蛋白不再合成,Pl启动子开放并激 活外源基因表达。从整体上来看,外源基因虽然 处于Pl启动子控制之下,但却可用色氨酸取代温 度进行诱导表达。
第十四章
大肠杆菌基因工程
第一节、大肠杆菌作为受体菌的特征
一.大肠杆菌表达外源基因的优势 1.全基因组测序,遗传背景清楚 , 共有4405个开放阅读框架。 2.基因克隆表达系统成熟完善。
3.繁殖迅速,培养简单,操作方便, 遗传稳定。 4.被美国FDA批准为安全的基因工程 受体生物。
5.成本低
二.大肠杆菌表达外源基因的劣势 1.缺乏对真核生物蛋白质的加工系统。 2.内源性蛋白酶易降解空间构象不正 确的异源蛋白。 3.不具备真核生物的蛋白质复性系统。 4.其细胞膜间隙含有大量的内毒素,
构。将这个区域的DNA片段次级克隆在启动子探针
质粒上,测定其所含有启动子的转录活性。
③滤膜结合法分离
原理是双链 DNA 不能与硝酸纤维素薄膜有效结合,而 DNA-
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法
大肠杆菌作为受体的特征
• 优点 遗传背景清楚,生长迅速,培养简单, 重组子稳定,载体受体系统完整
• 缺点 结构复杂、长生多种种类的内毒素
谢谢观看
05
目的基因的表达 与筛选
04
受体细胞的增值
目的基因获取
通过dna合成仪用 化学方法合成
表达载体的构建
• • • • •
外源基因在大肠杆菌中高效表达原理 启动子 终止子 核糖体结合位点 密码子 质粒拷贝数
将目的基因导入受体细胞
重组人胰岛素的大肠杆菌工程菌的构 建(人胰岛素原表达法)
基因工程菌的构建战略:
ta c Me t b-
转 化
Ap
r
Gal Me
B t Cpeptide Apeptide peptide
分离纯
M N M
ori
化
C
人胰岛素原的
cDNA
重组人胰岛素
原
重组人胰岛素的大肠杆菌工程菌的构 人胰岛素原表达 建
核糖体结合位点
• 大肠杆菌核糖体结合位点包括下列四个特征结构要素:
• 位于翻译起始密码子上游的6-8个核苷酸序列5’ UAAGGAGG 3’, 即 Shine-Dalgarno (SD)序列,它通过识别大肠杆菌核糖体小亚基
中的16S rRNA 3’端区域3’ AUUCCUCC 5’并与之专一性结合,
大肠杆菌基因工程菌构建
• 包涵体型异源蛋白的表达
• • • • • 分泌型异源蛋白的表达 融合型异源蛋白的表达 寡聚型异源蛋白的表达 整合型异源蛋白的表达 蛋白酶抗性或缺陷型表达系统的构建
大肠杆菌工程菌构建
这些构建大肠杆菌工程菌的方法,都是利 用大肠杆菌本身特性,来达到目的基因高效、 稳定、快速表达。
P
终止子
• 终止子选择与使用
目前外源基因表达质粒中常用的终止子是来自大肠杆菌rRNA操纵 子上的rrnT1T2以及T7噬菌体DNA上的Tf。对于一些终止作用较弱的终
止子,通常可以采用二聚体终止子串联的特殊结构,以增强其转录终止
作用 终止子也可以象启动子那样,通过特殊的探针质粒从细菌或噬菌体
基因组DNA中克隆筛选
生产技术的评价: 在人胰岛素原表达工艺中,由于C肽的存在,胰岛素原 能形成 良好的空间构象,三对二硫键的正确配对率也相应提高,折 叠率高 达80%以上。虽然这条工艺路线并不比AB链分别表达法更 为简捷, 而且还要使用两种高纯度的酶制剂,但理想的折叠率在很 大程度上 弥补了工艺繁琐的缺陷,使得每克最终产品的成本仅50美 元。目前美国Ely LiLi公司采用此工艺年产十几吨的重组人胰 岛素。
表达与筛选
• 对于标定的目的基因的大肠杆菌进行培养 扩增,诱导表达,进而采用多种方法鉴定 筛选 • 一 营养缺陷型筛选 • 二 抗药性筛选 • 三 显色筛选
对于微生物常用蓝白斑法鉴定
大肠杆菌
挑选出转入目的基因的大肠杆菌进行培 养,送到相应部门进行DNA扩增,获取更多 基因。也可以对大肠杆菌进行低温保存处理。
M
化
C
CNBr 处
ori
peptide 化学合成AB链编码序
列 重组人胰岛 素 体外折 叠
理
特异性裂 解
重组人胰岛素的大肠杆菌工程菌的构
A链B链同时表达法
建
生产技术的评价: 由于A链和B链上共存在六个半胱氨酸残基,体外二硫 键的正 确配对率较低,通常只有10% - 20%,因此采用这条工 艺路线生 产的重组人胰岛素每克成本高达100美元以上。 为了进一步降低生产成本,美国Ely LiLi公司随后又建 立了第 二条生产重组人胰岛素的工艺路线。
大肠杆菌的基因工程
大肠杆菌基因工程
201220131271 韩武 生物技术一班
一 大肠杆菌表达的优缺点
二 大肠杆菌工程菌的构建策略 三 大肠杆菌工程菌构建,分析,筛选 四 大肠杆菌生产实用重组蛋白
基因工程步骤 01
目的基因的 获取
02
基因表达 载体的构 建
03
将目的基因导入 受体细胞
06
菌种贮存与保护
大肠杆菌基因工程实例
• 胰岛素的合成 • 早期人类从动物体内直接提取,生产效率 低。 • 化学合成 用化学方法合成,成本高 • 基因工程 以大肠杆菌为受体生产胰岛素
重组人胰岛素的大肠杆菌工程菌的构 A链和B链同时表 达法
Ap
r
建
转
化
M
N
ta c
Me
t bGal Me t B Apeptide
分离纯
•
•
第三位上含有G或C的简并密码子占90%以上的绝对优势
密码子与反密码子相互作用的自由能
•
细胞内tRNA的含量
•
按照大肠杆菌密码子的偏爱性规律,设计更换外源基因中不适宜的相应简并 密码子,重组人胰岛素、干扰素以及生长激素在大肠杆菌中的高效表达均采 用了这种方法
质粒拷贝数
• 将质粒导入大肠杆菌中,在大肠杆菌生长 达到对数期时,质粒会大量拷贝增殖,进 而对大肠杆菌生长以及目的基因表达产生 阻碍。故应将重组质粒控制在可控范围内。
对于大肠杆菌微生物来讲可以用ca+2处理 大肠杆菌,再将目的基因的载体转移到大肠 杆菌中。
启动子
启动子最佳距离的探测
A
E
E
目的基因
A 酶切 E
E 启动 子
开
Bal31酶 解
1
启动子
启动子的筛选
采用鸟枪法战略,将合适大小的DNA 片段克隆到启动子探针pko上。 受体细胞染色体DNA上的galE、galT
Prec
A Ptra A Ptrp
T A T G A T
T A A G A C T T G A C A T A T T A C T A T G A C
T A T A A
T A A T G T T A A C T A T A A T A T A A T
Plac Ptac
Ptac = 3 Ptrp A = 11
核糖体结合位点
• 外源基因在大肠杆菌细胞中的高效表达不仅取决于转录启动的频率, 而且在很大程度上还与mRNA的翻译起始效率密切相关。大肠杆菌细 胞中结构不同的mRNA分子具有不同的翻译效率,它们之间的差别有 时可高达数百倍。mRNA翻译的起始效率主要由其5‘ 端的结构序列 所决定,称为核糖体结合位点(RBS)
目的基因导入受体细胞
对于微生物大肠杆菌,可以用ca+2处理, 使其达到感受态,感受态细胞可以吸收周围 DNA,进而可将含有目的基因的载体吸附。
目的基因的检测与测定
• 这样得到的大肠杆菌会有四种 • 一 没有转入质粒的大肠杆菌 • 二转入质粒,但质粒上没有外来基因(转 化子) • 三转入进质粒,质粒上有基因但没有目的 基因(重组子) • 四转入质粒,质粒上有目的基因(目的重组 子)
Ap
r
终止密码 子 pKO 1 galK
与质粒上报告基因galk的表达产物联
作用。可将培养基中的半乳糖酵解成 红色素物质 转化galE+、galT+、galK-的大肠杆 菌受体菌株 含有外源启动子活性的 重组克隆
ori
启动子构建
启动子构建
启动子
PlL
-35区序列
T T G A C
-10 区序
G列 A T A C
将mRNA定位于核糖体上,从而启动翻译; • 翻译起始密码子,大肠杆菌绝大部分基因以AUG作为阅读框架的起始 位点,但有些基因也使用GUG或UUG作为翻译起始密码子; • SD序列与翻译起始密码子之间的距离及碱基组成; • 基因编码区5’ 端若干密码子的碱基序列
密码子
• • • • 不同的生物,甚至同种生物不同的蛋白质编码基因,对简并密码子使用频率 并不相同,具有一定的偏爱性,其决定因素是 生物基因组中的碱基含量 在富含AT的生物(如单链DNA噬菌体fX174)基因组中, 密码子第三位上的U和A出现的频率较高;而在GC丰富的生如链霉菌)基因组中,