基本信息
- 項目名稱：
- 一種重組藻藍膽素的制備方法及應用
- 小類：
- 生命科學
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 藻藍膽素(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，從而導致分離困難，藻藍膽素在市場上的價格也居高不下。本文克隆了藻藍膽素合成關鍵酶基因，并將其在大腸桿菌體內進行組合表達，利用大腸桿菌自身血紅素為底物，催化合成藻藍膽素。
- 詳細介紹：
- 藻藍膽素是存在于紅藻及藍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、保護生物膜免受氧化傷害、以及消炎等多種功效。最新研究證據發(fā)現，藻藍膽素在細胞內可以被血紅素還原酶還原而轉化為血紅素，進而反饋抑制由氧化損傷引起的NADPH氧化酶的過量表達，對于Gilbert綜合癥等由氧化損傷引起的疾病起到很好的療效。同時藻藍膽素還可以作為優(yōu)良的熒光探針和食用天然色素，在醫(yī)藥、食品保健等領域具有廣泛的應用前景。然而，目前國內外獲得藻藍膽素的方法主要是從螺旋藻中天然提取。該方法提取工藝復雜，難以獲得高純度的藻藍膽素，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，因此導致市場上高純度藻藍膽素價格較高，主要依賴于從美國進口，尚不適合作為醫(yī)療保健品廣泛應用。本課題在詳細分析螺旋藻藻藍膽素生物合成途徑的基礎上，克隆得到了藻藍膽素合成途徑中的兩個關鍵酶基因，并利用基因組合表達技術，將其在大腸桿菌中進行組合表達，以大腸桿菌自身血紅素為底物，高效催化合成藻藍膽素。從而可以利用廉價的培養(yǎng)基，高密度培養(yǎng)藻藍膽素生產工程菌株，實現了藻藍膽素的高效生產。該方法無需昂貴的設備和生產場地，下游提取純化過程簡單，大大降低了高純度藻藍膽素的生產成本，從而為藻藍膽素作為抗氧化藥物的開發(fā)利用奠定了重要基礎。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術關鍵和主要技術指標
- 1.設計發(fā)明的目的和基本思路針對藻藍膽素的天然提取的困難，本課題擬利用基因工程組合表達技術，克隆藻藍膽素合成相關基因，將其在大腸桿菌中進行組合表達，利用大腸桿菌自身血紅素為底物，高效合成藻藍膽素。建立藻藍膽素簡便低成本的提取工藝，并對藻藍膽素的抗氧化性能進行研究，為藻藍膽素作為高效抗氧化劑的廣泛應用奠定基礎。 2.創(chuàng)新點 采用組合表達策略，通過組合表達藻藍膽素合成相關基因，在大腸桿菌中建立藻藍膽素生物合成途徑，實現藻藍膽素在大腸桿菌中的高效表達，進而建立高純度藻藍膽素的低成本制備工藝，并對其抗氧化性能及抗氧化機理進行研究，為藻藍膽素的大規(guī)模生產及應用奠定基礎。 3.技術關鍵和主要技術指標技術關鍵： 目前利用基因工程大腸桿菌高效表達外源蛋白技術已相當成熟，然而對于攜帶小分子化學發(fā)光基團（色基）或某種特殊修飾的非單基因目標產物來說，往往需要由多個基因協同作用完成。這就需要同時組合表達多個蛋白或酶，在工程菌中建立一條新的目標產物生物合成途徑。因此，如何實現多基因在大腸桿菌中的穩(wěn)定、高效表達是組合表達成功與否的關鍵。本項目擬采用具有兩套啟動子和多克隆位點的共表達載體，可以同時穩(wěn)定高效表達2-4條基因，從而保證了各基因間的表達平衡。主要技術指標： 1.藻藍膽素表達量達1g/L以上。 2.獲得高純度（>95％）藻藍膽素
科學性、先進性
- 科學先進性：（1）本方法利用廉價的培養(yǎng)基，高密度培養(yǎng)工程菌株，高效生產目的產物，無需昂貴的設備和生產場地。而傳統(tǒng)生產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%）低成本的藻藍膽素的生產工藝。而傳統(tǒng)采用天然提取，有機溶劑抽提的方法只能獲得純度達到80%左右的藻藍膽素。
獲獎情況及鑒定結果
- 已獲得專利申請?zhí)?，還有部分抗氧化活性實驗尚正在進行，論文正在整理中。 已獲得第十二屆“挑戰(zhàn)杯”山東省大學生課外學術科技作品競賽特等獎。
作品所處階段
- 實驗室階段
技術轉讓方式
- 協商轉讓
作品可展示的形式
- 圖片、實物樣品 圖片 樣品
使用說明,技術特點和優(yōu)勢,適應范圍,推廣前景的技術性說明,市場分析,經濟效益預測
- 1.技術特點和優(yōu)勢（1）藻藍膽素的表達量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）食品保健：食用天然色素（3）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.市場分析和經濟效益預測氧化損傷是引起人體衰老問題的關鍵。隨著生活節(jié)奏加快、環(huán)境污染加劇、營養(yǎng)過度和生活習慣不良，人們健康狀態(tài)正在受到嚴重影響，因而越來越多的人進入亞健康狀態(tài)。這已成為一個不容忽視的社會問題。國內外大量研究表明，藻藍膽素可以有效抑制體內自由基的生成，緩解衰老和氧化損傷。此外，藻藍膽素還具有消炎、保肝、抗腫瘤等多種功效，同時作為一種優(yōu)良的食用色素，可廣泛應用于食品、醫(yī)療保健等領域。目前商品化的藻藍膽素價格較高（作為光敏劑高純度藻藍膽素的價格約為150-180美元/毫克），且主要依靠從美國進口，不合適作為抗氧化劑或醫(yī)療保健品廣泛應用開發(fā)。因此開發(fā)具有自主知識產權、高純度低成本的藻藍膽素生產方法具有重要的經濟和社會意義。
同類課題研究水平概述
- 藻藍膽素是存在于紅藻及藍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、保護生物膜免受氧化傷害、以及消炎等多種功效。最新研究證據發(fā)現，藻藍膽素在細胞內可以被血紅素還原酶還原而轉化為血紅素，進而反饋抑制由氧化損傷引起的NADPH氧化酶的過量表達，對于Gilbert綜合癥等由氧化損傷引起的疾病起到很好的療效。同時藻藍膽素還可以作為優(yōu)良的熒光探針和食用天然色素，在醫(yī)藥、食品保健等領域具有廣泛的應用前景。然而，目前國內外獲得藻藍膽素的方法主要是從螺旋藻中天然提取。該方法提取工藝復雜，難以獲得高純度的藻藍膽素，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，因此導致市場上高純度藻藍膽素價格較高，主要依賴于從美國進口，尚不適合作為醫(yī)療保健品廣泛應用。本課題在詳細分析螺旋藻藻藍膽素生物合成途徑的基礎上，克隆得到了藻藍膽素合成途徑中的兩個關鍵酶基因，并利用基因組合表達技術，將其在大腸桿菌中進行組合表達，以大腸桿菌自身血紅素為底物，高效催化合成藻藍膽素。從而可以利用廉價的培養(yǎng)基，高密度培養(yǎng)藻藍膽素生產工程菌株，實現了藻藍膽素的高效生產。該方法無需昂貴的設備和生產場地，下游提取純化過程簡單，大大降低了高純度藻藍膽素的生產成本，從而為藻藍膽素作為抗氧化藥物的開發(fā)利用奠定了重要基礎。
