项目简介

异源蛋白质的高效分泌表达是蛋白质研究与生产中的核心问题，诸如表达水平低、分泌效率差等难点是制约目前酶蛋白、医药蛋白质等异源蛋白质研究与生产的主要瓶颈因素。大肠杆菌作为最为常用的异源蛋白质表达宿主具有诸多良好的特性，但同时也存在着，表达包涵体、部分蛋白无法表达、免疫原、内毒素、分泌表达效率低下等难以避免的问题，限制了下游工艺的成本与便捷性。枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)作为革兰氏阳性菌的模式菌种，具有分泌表达、培养基简单容易发酵培养、异源表达水平高（20-25 g/L）和安全等诸多优良特性，被认为是较理想的蛋白质生产菌株，从而广泛应用于各种酶蛋白的研发及生产中。目前针对枯草芽孢杆菌的商业化表达系统很少，国内更是缺乏具有自主知识产权的高效枯草芽孢杆菌表达系统，且现有枯草芽孢杆菌表达系统都存在着一些限制性因素，例如启动强度不足、诱导物价格昂贵、抗菌素或抗生素等诱导物对细胞有毒害作用等，限制了其在研究机构及放大生产中的实际应用潜力。

市场前景

目前蛋白表达系统市场上除 Agilent Technologies, Clontech, Life Technologies, Lonza, Merck，Millipore，Promega 等传统大型企业外，Dyadic International, Geneva Biotech, Greenovation, iBio, Jena Bioscience, New England Biolabs, Oxford expression Technologies, Pfenex 和 Scarab Genomics 等中小型生物技术企业也积极着力开发新型蛋白质表达系统拓展市场。目前利用高效蛋白质表达系统生产医药蛋白等高附加值蛋白产品具有广泛前景，市场规模预计超过 2000 亿美元。枯草芽孢杆菌也可以作为活菌菌剂在农业，畜牧等领域应用广泛。我们自主研发的

新型枯草芽孢杆菌表达系统，在国内外科研院所、生物技术企业将会有广泛应用， 保守直接市场价值 5000 万人民币，终端产品价值预计 50 亿以上。

技术优势

截止目前，商业化枯草芽孢杆菌表达系统匮乏，且表达强度与大肠杆菌 T7 表达系统和毕赤酵母细胞甲醇诱导表达系统差距较大，不足以满足科研用途或工业化蛋白质生产。新型 MATE 表达系统拥有多种组合的“表达质粒-宿主菌株” 搭配方案，可针对不同类型的目的蛋白进行胞内、胞外表达水平特异性优化。与传统基于大肠杆菌和毕赤酵母细胞的表达系统相比，本系统在保证高强度表达水平的基础上，具有与大肠杆菌相当的生长速度、培养基简单廉价、菌体密度和生长条件（37℃发酵 24-54  小时），同时具有类似毕赤酵母细胞的高效分泌能力，可以实现胞内及胞外高效表达，大幅简化下游回收纯化工艺成本。此外作为 FDA 认证的 GRAS 生物安全菌株无内毒素及致病原，可用于食品级和医药级蛋白质产品的生产。是国内外大学、科研院所及企业进行酶开发的理想表达系统。

本系统筛选评价了多种枯草芽孢杆菌诱导型启动子，最终选择以麦芽糖诱导型启动子为基础，利用随机突变、定点突变手段进行建库筛选，获得了麦芽糖激活性/抑制性启动子突变体，并结合针对宿主细胞的遗传改造，构建了新型麦芽糖调控型表达系统 MATE（MAltose Triggered expression system），其诱导倍数可达 790 倍，实现了诱导物长效激活性（低诱导物成本）、高严谨性、良好的表达均一性和重复性。同时，本系统解除了糖类诱导物普遍存在的葡萄糖 CCR 抑制效应问题，可实现含葡萄糖培养基条件下的高强度诱导表达，极大拓展了系统应用范围。MATE 系统作为新型高效蛋白质表达系统，已经实现 alpha-淀粉酶、beta- 甘露聚糖酶、阿洛酮糖异构酶、beta-低聚半乳糖苷酶、肌酐酶、肌酸酶、DAA、绿色荧光蛋白、荧光素酶、人源成纤维细胞生长因子 FGF21 等多种酶蛋白及医药蛋白质的高效细胞内表达和胞外分泌表达，目的蛋白表达量占细胞总蛋白比例达 60-70%，胞外目的蛋白表达量可达 80%以上；同时 MATE 系统可作为基因开关（Gene Switch）对目的基因进行诱导型开启和关闭（ON/OFF）精确调控，实现宿主代谢途径的调控与优化。新型 MATE 蛋白质表达系统具有高表达、高分泌、食品级安全、调控手段灵活等优点，在酶蛋白、医药蛋白等高附加值蛋白质的表达和工业化生产方面具有十分广泛的应用潜力，同时填补了国内缺乏自主知识产权的高效枯草芽孢杆菌表达系统的问题。