一旦一個穩定的、重複的
發酵過程建立起來,則要考慮提取包涵體的步驟了。包涵體處在細胞質內或者細胞的外周質,必須破壞細胞膜才能把包涵體釋放出來。
溶液中的包涵體也要同破碎液中溶解的成分和不溶的其它成分如細胞碎片、細胞膜以及核糖體等成分分離開來。 提取的第一步是冷卻發酵液,利用離心或者錯流過濾的方法收集細胞,細胞的沉澱利用設定的含有一定濃度的離子強度(0.4-0.6mo1)的緩衝液懸浮。這種緩衝液必須控製pH、離子強度、重金屬的濃度和氧化還原的環境,在以後的操作步驟中也要考慮這些因素。
由於包涵體比細胞可以耐受更大的剪切力,所以可以使用的破碎細胞的方法有很多。對於大腸杆菌,最經常使用的方法是高壓勻漿的方法,可以使細胞完全破碎,並且這種方法可以以不同的規模使用,2到5個循環可以使細胞完全破碎。酵母細胞由於含有更加有彈力的細胞壁,所以需要的循環可能更多,或者在容器中加入一些玻璃顆粒。破碎細胞還可以使用物理的方法如
超聲,或者
化學的方法如
化學試劑和
酶,如
溶菌酶和
EDTA(乙二胺四乙酸)來破碎細胞。
包涵體可以使用過濾或者離心的方法,把細胞破碎液中的其它成分除去,這兩種方法利用了包涵體的不同物理特性。由於包涵體和可溶蛋白質的體積不同,所以可以使用過濾的方法,這種方法可以降低操作成本,易於放大。一些實驗已經證明過濾的方法是分離包涵體的有效的手段,但是這種方法也存在著一些缺點:過濾膜很容易被一些不透過的成分所堵塞,即使使用錯流過濾或者使用很高的流速,這種情況都不能避免。並且,由於微孔膜是根據成分的大小來分離的,一些細胞碎片也容易與包涵體混在一起。
而包涵體蛋白質的
密度比相同體積的細胞碎片的密度大得多,所以使用離心的手段可以把包涵體與細胞的其它成分分離開來。如果細胞碎片沒有同包涵體分離,在以後的分離手段中必須把膜上的組分分離開來。有時,有些目標蛋白質以溶解的形式存在,可以通過在細胞破碎以前加入一些非極性的物質(如苯酚、甲苯)或者去垢劑,通過這個方法可以提高從大腸杆菌表達的人生長激素包涵體的收率。
連續離心技術是工業生產中獲得包涵體最經常使用的操作。由於細胞碎片的密度比包涵體小,則沉降的速度比包涵體要小,連續的懸浮、離心可以把大部分的包涵體離心下來,而細胞碎片逐步除去。SDS-PAGE(十二烷基硫酸鈉-聚丙烯酞胺凝膠電泳)分析發現,離心的方法可以達到沉降物中的蛋白質的含量大於90%。
當細胞碎片與包涵體混在一起難於分離時,可以采用一些化學的方法把細胞碎片離子交換色譜複性蛋白質與包涵體分離開,否則溶解包涵體以後,膜蛋白質溶在包涵體蛋白質的溶液中,會汙染以後的操作。特別如果一些膜蛋白質具有蛋白質酶的活性,則溶解以後的包涵體蛋白質可被降解。如果溶解原核細胞膜蛋白質的一些溶劑不能溶解包涵體蛋白質時,可以使用溶解的方法把膜蛋白質除去。最經常的選擇性溶解膜蛋白質的方法是利用鼇合金屬的試劑如EDTA、中性的去垢劑如Triton X-100,或者一些鹽如,脫氧膽酸鹽,或者弱離液劑,如2mol/L的脲。Babbit等人發現經過前麵的步驟,可以提高肌氨酸激酶的複性收率,活性提高的原因是使用弱的去垢劑辛基糖除去了蛋白質酶。
離心和高壓
勻漿都有可能產生泡沫,所以必須在工業規模中避免這種無謂的損失。有些工業生產中,分離以前在發酵罐中把細胞殺死使細胞內的物質釋放出來,並同時溶解或者不溶解包涵體蛋白質。這種在線殺死細胞的方法己經用來生產兩種蛋白質:在堿性條件下溶解類
胰島素生長因子和高溫、酸性條件下生產重組的抗
真菌肽段。這種方法的優點是可以節省操作時間以及能量消耗,僅僅需要一步離心的步驟。最經常使用的殺死細胞的試劑有
苯乙醇,
辛酸,
氯仿,
甲苯等。殺死細胞時也有缺點,溶解的目標蛋白質中含有蛋白質或者非蛋白質的物質,降低了蛋白質的純度;如果目標蛋白質沒有被溶解,則殺死細胞會使可溶蛋白質產生沉澱,使得包涵體的純化比較困難,或者破壞包涵體內部的重組蛋白質。
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