甘氨酸和甘氨酰tRNA合成代谢对弹性丝蛋白在地衣芽胞杆菌中表达的影响机制

Silk-elastin-like proteins (SELPs) are genetically engineered protein based biopolymers, which have drawn more and more attentions as ideal biomaterials for drug delivery and tissue engineering. This project will use Bacillus licheniformis , one generally recognized as safe strain, for the production of SELPs, and investigate the relationship between glycine/ glycyl-tRNA levels and SELP biosynthesis. This study will overexpress the genes serA, serC, serB, glyA, and itaE involved in glycine biosynthesis in B. licheniformis, and identify the rate limiting steps. At the same time, the key enzymes will also be analyzed by enzyme kinetic assay to determine other limiting factors for glycine biosynthesis. Through the enhancement of the glycine level in the cells, we will explore the effects of glycine metabolism on SELP biosynthesis. Meanwhile, the expression levels of tRNAGly and glycyl-tRNA synthetase will be enhanced to identify the impact for SELP production. This project will offer the fundamental regulation mechanism for building a highly effective and safe platform for the production of SELPs and similar protein materials at the commercial levels.

弹性丝蛋白是通过基因工程合成的蛋白质聚合物，是一种理想的生物医学材料，在靶向药物运输和细胞组织支架等方面有着广泛的应用前景。 本项目以地衣芽胞杆菌为宿主，开展甘氨酸和甘氨酰tRNA合成代谢对弹性丝蛋白表达的影响机制研究。本项目将在地衣芽孢杆菌WX02中过表达参与甘氨酸代谢的基因serA, serC, serB, glyA和 itaE，并通过监测甘氨酸含量确定影响合成的限制性步骤。 本研究还将进行甘氨酸合成代谢途径关键酶的酶学性质分析，确定影响甘氨酸代谢的其他因素。 通过强化菌体内甘氨酸合成代谢研究甘氨酸合成代谢水平对弹性丝蛋白合成的影响。同时，本研究还将强化表达tRNAGly和甘氨酰tRNA合成酶，确定甘氨酰tRNA合成代谢的提高对弹性丝蛋白产量的影响机制。 本研究对构建一个安全高效的弹性丝蛋白和类似蛋白质聚合物的生产平台，达到商业化生产的要求有着重要理论意义。

弹性丝蛋白是通过基因工程合成的蛋白质聚合物，是一种理想的生物医学材料，在靶向药物运输和细胞组织支架等方面有着广泛的应用前景。本项目的实验目是在地衣芽孢杆菌中生产生物材料弹性丝蛋白，我们已经在地衣芽孢杆菌中成功地表达了弹性丝蛋白，但表达量过低，只有大约20 mg/L,未达到预期的目标。我们对于宿主做了大量的改造工作，包括提高其体内甘氨酸含量的提高以及提高tRNAGly含量。然而，这些措施对于弹性丝蛋白表达量的提高帮助并不大。事实上，地衣芽孢杆菌中外源蛋白的表达量普遍不高，于是我们转而寻找更为普遍的解决方案，以期提高地衣芽孢杆菌中外源蛋白的表达量，打造更加普适的地衣芽孢杆菌外源表达平台。为了测试方便，我们转而使用更加容易检测且在地衣芽孢杆菌中表达量同样不高的绿色荧光蛋白作为报告蛋白。我们的研究表明，在地衣芽孢杆菌中利用dcas9抑制了RNA酶RNaseJ1后，绿色荧光蛋白的表达量得到了大幅上升，目前，这个表达系统还在进一步完善中，并准备用于弹性丝蛋白的表达，以期其表达量的大幅提高。