酿酒酵母孢子新型微球的制备及应用研究

The unique polysaccharide structures of β-glucan and chitosan on Saccharomyces cerevisiae spore wall, can be used as a potential, natural biomedical materials. S. cerevisiae spore wall is composed of four morphologically distinct layers, which are mannoprotein, β-glucan, chitosan and dityrosine layers from the inside to outside. By disrupting CHS3 gene required for the chitosan synthesis, the β-glucan layer is exposed to the spore surface and β-glucan microsphere is formed. Similarly, the chitosan layer is exposed to the spore surface to generate chitosan microspheres by disrupting DIT1 gene required for the synthesis of dityrosine layer. Considering β-glucan and chitosan are active polysaccharides with excellent properties, the physiological effects of β-glucan and chitosan microspheres in vitro and in vivo will be investigated. Moreover, in order to establish a new, safe adjuvant and drug delivery system, ovalbumin, glucagon-like peptide GLP1 and phytase will be expressed in spore microspheres and the effects of spore microspheres as drug carries will be also evaluated.

酿酒酵母孢子壁所特有的多糖结构β-葡聚糖和壳聚糖，能够作为一种潜在、纯天然的生物医药材料。酿酒酵母孢子壁由四种不同结构组成，从内到外依次为甘露糖层、β-葡聚糖层、壳聚糖层和二酪氨酸层。当敲除壳聚糖层合成相关基因CHS3，β-葡聚糖层将暴露在孢子最外层形成“β-葡聚糖微球”；当敲除二酪氨酸层合成相关基因DIT1，壳聚糖层将暴露在孢子最外层形成“壳聚糖微球”。考虑到β-葡聚糖和壳聚糖是具有多种优良性能的活性多糖，拟对孢子“β-葡聚糖微球”和“壳聚糖微球”的体外和体内生理作用进行研究。此外，为了建立新型、安全的佐剂和蛋白药物载体系统，拟在孢子微球中表达卵清蛋白、胰高血糖素样肽GLP1以及植酸酶，并对孢子微球作为药物载体的效果进行评价。

本项目研究中，我们已经证明酵母孢子可以作为一种微载体在不同的方面被应运。酵母孢子壁具有壳聚糖层和二酪氨酸层，这些结构在营养细胞中不存在，它们赋予孢子独特的性质。这些特性中的一些可使孢子被用于有益目的。我们发现了一些证据，表明酵母孢子可被用作一种新型载体和微粒。首先，我们发现巨噬细胞可高效内化酵母孢子，但其对营养酵母的内化率较低，同时我们发现二酪氨酸层的缺失会显著降低巨噬细胞对孢子的内化效率。这一系列数据表明二酪氨酸层中含有诱发内化的配体。我们也发现相比营养酵母，酵母孢子可以在合成胃液中大量存活，这说明被动物口服后的孢子可以抵达肠免疫系统。其次，我们发现孢子壁外周可容纳多种蛋白质，这一特性表明孢子可用于蛋白微粒载体和孢子酶胶囊。我们已经报道了孢子可以包被肌酐酸酶、肌酐酶和肌酐酸氧化酶这类诊断酶。在研究过程中我们发现二酪氨酸层是具有可用性的，二酪氨酸层的组装机制尚不清楚，为此我们研发了一种体外组建二酪氨酸层系统，该系统有利于研究二酪氨酸层的形成以及生产人造孢子膜颗粒。