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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 一種重組藻藍(lán)膽素的制備方法及應(yīng)用
- 小類：
- 生命科學(xué)
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 藻藍(lán)膽素(PCB)是藻類中特有的一種捕光色素，具有抗氧化、消炎等多種功效。目前藻藍(lán)膽素主要的獲取途徑是從螺旋藻中天然提取，由于螺旋藻培養(yǎng)周期長、占地廣，且自身含有較多其他色素，從而導(dǎo)致分離困難，藻藍(lán)膽素在市場上的價(jià)格也居高不下。本文克隆了藻藍(lán)膽素合成關(guān)鍵酶基因，并將其在大腸桿菌體內(nèi)進(jìn)行組合表達(dá)，利用大腸桿菌自身血紅素為底物，催化合成藻藍(lán)膽素。
- 詳細(xì)介紹：
- 藻藍(lán)膽素是存在于紅藻及藍(lán)藻中的一種光合作用輔助色素，主要在光合作用中起吸收及傳遞光能的作用。作為膽紅素的衍生物，藻藍(lán)膽素目前已被證明具有抗氧化、清除羥自由基以及氧自由基、保護(hù)生物膜免受氧化傷害、以及消炎等多種功效。最新研究證據(jù)發(fā)現(xiàn)，藻藍(lán)膽素在細(xì)胞內(nèi)可以被血紅素還原酶還原而轉(zhuǎn)化為血紅素，進(jìn)而反饋抑制由氧化損傷引起的NADPH氧化酶的過量表達(dá)，對于Gilbert綜合癥等由氧化損傷引起的疾病起到很好的療效。同時(shí)藻藍(lán)膽素還可以作為優(yōu)良的熒光探針和食用天然色素，在醫(yī)藥、食品保健等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。然而，目前國內(nèi)外獲得藻藍(lán)膽素的方法主要是從螺旋藻中天然提取。該方法提取工藝復(fù)雜，難以獲得高純度的藻藍(lán)膽素，且螺旋藻培養(yǎng)周期較長，生長密度低，需要占用大面積土地，因此導(dǎo)致市場上高純度藻藍(lán)膽素價(jià)格較高，主要依賴于從美國進(jìn)口，尚不適合作為醫(yī)療保健品廣泛應(yīng)用。本課題在詳細(xì)分析螺旋藻藻藍(lán)膽素生物合成途徑的基礎(chǔ)上，克隆得到了藻藍(lán)膽素合成途徑中的兩個(gè)關(guān)鍵酶基因，并利用基因組合表達(dá)技術(shù)，將其在大腸桿菌中進(jìn)行組合表達(dá)，以大腸桿菌自身血紅素為底物，高效催化合成藻藍(lán)膽素。從而可以利用廉價(jià)的培養(yǎng)基，高密度培養(yǎng)藻藍(lán)膽素生產(chǎn)工程菌株，實(shí)現(xiàn)了藻藍(lán)膽素的高效生產(chǎn)。該方法無需昂貴的設(shè)備和生產(chǎn)場地，下游提取純化過程簡單，大大降低了高純度藻藍(lán)膽素的生產(chǎn)成本，從而為藻藍(lán)膽素作為抗氧化藥物的開發(fā)利用奠定了重要基礎(chǔ)。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 1.設(shè)計(jì)發(fā)明的目的和基本思路針對藻藍(lán)膽素的天然提取的困難，本課題擬利用基因工程組合表達(dá)技術(shù)，克隆藻藍(lán)膽素合成相關(guān)基因，將其在大腸桿菌中進(jìn)行組合表達(dá)，利用大腸桿菌自身血紅素為底物，高效合成藻藍(lán)膽素。建立藻藍(lán)膽素簡便低成本的提取工藝，并對藻藍(lán)膽素的抗氧化性能進(jìn)行研究，為藻藍(lán)膽素作為高效抗氧化劑的廣泛應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。 2.創(chuàng)新點(diǎn) 采用組合表達(dá)策略，通過組合表達(dá)藻藍(lán)膽素合成相關(guān)基因，在大腸桿菌中建立藻藍(lán)膽素生物合成途徑，實(shí)現(xiàn)藻藍(lán)膽素在大腸桿菌中的高效表達(dá)，進(jìn)而建立高純度藻藍(lán)膽素的低成本制備工藝，并對其抗氧化性能及抗氧化機(jī)理進(jìn)行研究，為藻藍(lán)膽素的大規(guī)模生產(chǎn)及應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。 3.技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)技術(shù)關(guān)鍵： 目前利用基因工程大腸桿菌高效表達(dá)外源蛋白技術(shù)已相當(dāng)成熟，然而對于攜帶小分子化學(xué)發(fā)光基團(tuán)（色基）或某種特殊修飾的非單基因目標(biāo)產(chǎn)物來說，往往需要由多個(gè)基因協(xié)同作用完成。這就需要同時(shí)組合表達(dá)多個(gè)蛋白或酶，在工程菌中建立一條新的目標(biāo)產(chǎn)物生物合成途徑。因此，如何實(shí)現(xiàn)多基因在大腸桿菌中的穩(wěn)定、高效表達(dá)是組合表達(dá)成功與否的關(guān)鍵。本項(xiàng)目擬采用具有兩套啟動(dòng)子和多克隆位點(diǎn)的共表達(dá)載體，可以同時(shí)穩(wěn)定高效表達(dá)2-4條基因，從而保證了各基因間的表達(dá)平衡。主要技術(shù)指標(biāo)： 1.藻藍(lán)膽素表達(dá)量達(dá)1g/L以上。 2.獲得高純度（>95％）藻藍(lán)膽素
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 科學(xué)先進(jìn)性：（1）本方法利用廉價(jià)的培養(yǎng)基，高密度培養(yǎng)工程菌株，高效生產(chǎn)目的產(chǎn)物，無需昂貴的設(shè)備和生產(chǎn)場地。而傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝中螺旋藻的培養(yǎng)周期較長，生長密度較低，需要占用大面積土地，提取工藝復(fù)雜且成本較高。（2）利用本方法是一種高純度（>95%）低成本的藻藍(lán)膽素的生產(chǎn)工藝。而傳統(tǒng)采用天然提取，有機(jī)溶劑抽提的方法只能獲得純度達(dá)到80%左右的藻藍(lán)膽素。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 已獲得專利申請?zhí)枺€有部分抗氧化活性實(shí)驗(yàn)尚正在進(jìn)行，論文正在整理中。 已獲得第十二屆“挑戰(zhàn)杯”山東省大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽特等獎(jiǎng)。
作品所處階段
- 實(shí)驗(yàn)室階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 協(xié)商轉(zhuǎn)讓
作品可展示的形式
- 圖片、實(shí)物樣品 圖片 樣品
使用說明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測
- 1.技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢（1）藻藍(lán)膽素的表達(dá)量1g/L以上（2）獲得純度高于95% （3）成本低 2.適用范圍（1）研究：優(yōu)良的熒光探針（2）食品保?。菏秤锰烊簧兀?）醫(yī)用：抗炎癥，抗氧化，抗輻射，抗腫瘤藥物的重要組成成分 3.市場分析和經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測氧化損傷是引起人體衰老問題的關(guān)鍵。隨著生活節(jié)奏加快、環(huán)境污染加劇、營養(yǎng)過度和生活習(xí)慣不良，人們健康狀態(tài)正在受到嚴(yán)重影響，因而越來越多的人進(jìn)入亞健康狀態(tài)。這已成為一個(gè)不容忽視的社會(huì)問題。國內(nèi)外大量研究表明，藻藍(lán)膽素可以有效抑制體內(nèi)自由基的生成，緩解衰老和氧化損傷。此外，藻藍(lán)膽素還具有消炎、保肝、抗腫瘤等多種功效，同時(shí)作為一種優(yōu)良的食用色素，可廣泛應(yīng)用于食品、醫(yī)療保健等領(lǐng)域。目前商品化的藻藍(lán)膽素價(jià)格較高（作為光敏劑高純度藻藍(lán)膽素的價(jià)格約為150-180美元/毫克），且主要依靠從美國進(jìn)口，不合適作為抗氧化劑或醫(yī)療保健品廣泛應(yīng)用開發(fā)。因此開發(fā)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)、高純度低成本的藻藍(lán)膽素生產(chǎn)方法具有重要的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)意義。
同類課題研究水平概述
- 藻藍(lán)膽素是存在于紅藻及藍(lán)藻中的一種光合作用輔助色素，主要在光合作用中起吸收及傳遞光能的作用。作為膽紅素的衍生物，藻藍(lán)膽素目前已被證明具有抗氧化、清除羥自由基以及氧自由基、保護(hù)生物膜免受氧化傷害、以及消炎等多種功效。最新研究證據(jù)發(fā)現(xiàn)，藻藍(lán)膽素在細(xì)胞內(nèi)可以被血紅素還原酶還原而轉(zhuǎn)化為血紅素，進(jìn)而反饋抑制由氧化損傷引起的NADPH氧化酶的過量表達(dá)，對于Gilbert綜合癥等由氧化損傷引起的疾病起到很好的療效。同時(shí)藻藍(lán)膽素還可以作為優(yōu)良的熒光探針和食用天然色素，在醫(yī)藥、食品保健等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。然而，目前國內(nèi)外獲得藻藍(lán)膽素的方法主要是從螺旋藻中天然提取。該方法提取工藝復(fù)雜，難以獲得高純度的藻藍(lán)膽素，且螺旋藻培養(yǎng)周期較長，生長密度低，需要占用大面積土地，因此導(dǎo)致市場上高純度藻藍(lán)膽素價(jià)格較高，主要依賴于從美國進(jìn)口，尚不適合作為醫(yī)療保健品廣泛應(yīng)用。本課題在詳細(xì)分析螺旋藻藻藍(lán)膽素生物合成途徑的基礎(chǔ)上，克隆得到了藻藍(lán)膽素合成途徑中的兩個(gè)關(guān)鍵酶基因，并利用基因組合表達(dá)技術(shù)，將其在大腸桿菌中進(jìn)行組合表達(dá)，以大腸桿菌自身血紅素為底物，高效催化合成藻藍(lán)膽素。從而可以利用廉價(jià)的培養(yǎng)基，高密度培養(yǎng)藻藍(lán)膽素生產(chǎn)工程菌株，實(shí)現(xiàn)了藻藍(lán)膽素的高效生產(chǎn)。該方法無需昂貴的設(shè)備和生產(chǎn)場地，下游提取純化過程簡單，大大降低了高純度藻藍(lán)膽素的生產(chǎn)成本，從而為藻藍(lán)膽素作為抗氧化藥物的開發(fā)利用奠定了重要基礎(chǔ)。
