【摘 要】
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当前全球糖尿病患者已超过4.25亿,血糖检测的全球市场容量高达200多亿美元。在酶电极法检测血糖的原料酶中,FAD葡萄糖脱氢酶(FAD-GDH),能够避免麦芽糖和氧分压对葡萄糖测定的干扰,在当下及未来血糖检测领域有着较大的价值,研究制备FAD-GDH的生产工艺具有重要意义。天然来源的菌发酵FAD-GDH,存在表达水平低、发酵液成分复杂难于纯化等问题。已报道的FAD-GDH重组表达,停留在摇瓶和小规
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当前全球糖尿病患者已超过4.25亿,血糖检测的全球市场容量高达200多亿美元。在酶电极法检测血糖的原料酶中,FAD葡萄糖脱氢酶(FAD-GDH),能够避免麦芽糖和氧分压对葡萄糖测定的干扰,在当下及未来血糖检测领域有着较大的价值,研究制备FAD-GDH的生产工艺具有重要意义。天然来源的菌发酵FAD-GDH,存在表达水平低、发酵液成分复杂难于纯化等问题。已报道的FAD-GDH重组表达,停留在摇瓶和小规模发酵水平,缺少对大规模发酵、发酵液预处理、柱层析等过程的详细阐述。建立重组FAD-GDH生产工艺,需要解决FAD-GDH基因及表达菌的选择、重组表达菌的构建、培养条件的选择、发酵的放大验证、发酵液的预处理和蛋白纯化条件验证等问题。本文通过分析和比较不同来源的FAD-GDH酶的性质及当前生产水平,从酶的特异性、比酶活、当前产量、专利限制等因素考虑,发现土曲霉来源的FAD-GDH具有工业化应用的潜力。从外源蛋白表达水平、表达后的修饰、培养的复杂性等方面考虑,进行了毕赤酵母X-33及pPICZα载体构建FAD-GDH表达菌的验证。通过单因素实验比较分析了四种碳源,发现甘油更适于FAD-GDH重组毕赤酵母的培养和表达。设置不同pH条件下的诱导,发现pH 6.0的条件较pH4.0、pH 5.0、pH 5.5条件更为合适。在摇瓶和发酵罐两个规模水平上,通过不同诱导温度的实验,发现30℃的诱导温度在表达量和产FAD-GDH的比酶活上优于25℃和33℃条件下的诱导。进行不同批次的单因素发酵实验,发现诱导过程中9 ml/(L*h)的甲醇流速较6 ml/(L*h)和12ml/(L*h)合适,发现溶氧水平影响发酵过程产酸和发酵色素产生。验证了发酵规模从10L至100 L的放大,产酶量达到7736 KU。在发酵液预处理方面,发现混纤滤膜的过滤效果好于聚醚砜滤膜,采用不同孔径滤膜级联过滤的方法,过滤时长缩短50%。发现上样量对柱填料体积超过7mg/ml时,会发生上样流穿损失增大的现象。柱层析过程中,在1 cm/min的线性流速下,蛋白回收率及纯化效率较高,Buffer A中添加30 mM的咪唑,会降低蛋白回收率,但能提升酶纯化后的比酶活。本文研究方法所获得的FAD-GDH应用于血糖试纸时,电流信号与血糖浓度线性相关系数达到0.9997,批间试纸条CV值小于15%。在-20℃条件下,保存4个月,酶的应用性能仍符合血糖试纸用酶的要求。本研究验证了 FAD-GDH从基因选取、菌种构建、发酵表达到分离纯化各生产工序的参数,积累了重要数据,为FAD-GDH工业化生产积累了重要经验。
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