外源蛋白在大肠杆菌中的分泌

出处：按学科分类—自然科学总论 北京出版社《现代科技综述大辞典上》第905页（3032字）

此项研究的意义在于了解外源(异源)基因产物跨膜转位和分泌的分子生物学机理，也直接与基因工程产物能否有效地形成工业化生产密切相关。

要设计出有利于外源蛋白高表达又能高分泌的大肠杆菌系统，必须深入研究蛋白质分泌的规律。

早在20世纪70年代，Blobel和Sabtini(1970，1975)用癌细胞材料研究免疫球蛋白(IgG)时发现轻链的mRNA全部存在于膜结合的核糖体上，并且发现在离体系统中转录时翻译产物比真正的轻链大一些，还发现在活体内有些从粗糙内质网上游离下来的核糖体上有两种肽，一种是已经加工过的，另一种是未经加工的。根据以上结果，提出蛋白质分泌的信号肽假说，这个假说认为：多肽链的转位和蛋白质的合成是紧密偶联的。根据对已知的原核生物中的信号肽序列氨基酸顺序的分析，发现信号序列有3个保守特性。l985年，Oliver编辑了细菌的信号序列表。

Inouge和Beckwith(1977)证实大肠杆菌的碱性磷酯酶合成与转位分泌到细胞周质空间按信号肽假设的途径。

Silhavy等(1979)设想大肠杆菌的λ受体蛋白从细胞质转移到外膜上也通过相似的过程。

Walter(1981)和Meger(1982)在研究分泌蛋白质合成和运输机制时发现与内织网上的两种蛋白质有关：信号识别蛋白(SRP)和船坞蛋白。

普遍认为，一种蛋白质在大肠杆菌中能否分泌，不只依靠信号肽，还有另外的两个因素，即成熟蛋白自身与分泌有关的结构和细胞的蛋白质转运机构密切相关。

Ferenci和Silhavy(1987)提出成熟蛋白序列对分泌的促进作用，并认为可能存在着有助于分泌的识别位点。

对蛋白质转运机构的研究，特别是对蛋白质运输和分泌有关的基因分析，近年来取得十分可喜的进展，用遗传学的和生物化学的方法鉴定的基因有6个：secA／prlD、secB、secD、secE／prlG、secF和secY／prlA。

1989年，M．Saier等报道大肠杆菌蛋白质分泌过程至少有25～30个不同基因参与。

由于蛋白质分泌是一个跨膜转移的复杂过程，它的机理还不很清楚，因此提出几种假设模型：信号肽假说；膜触发假说；直接转运模型及环模型。还发现细胞中存在一类能帮助分泌蛋白的前体维持开放式构型，促进跨膜转位分泌的伴侣蛋白也称分子伴侣如SecB．GroEl／GroES，Dnak，Triggerfactor。

1992年，Cecile Wandersman将大肠杆菌中蛋白质分泌的途径概括成3种类型：(1)普遍性分泌途径(GSP)；(2)其它依赖信号肽途径，代表性蛋白是IgA；(3)不依赖信号肽途径，代表性蛋白是α－溶血素(α－hemolysin)。

但是，至今为止仍尚未在大肠杆菌中建立起一个能分泌外源蛋白的通用系统。

在进一步对蛋白质跨膜分泌的分子生物学研究和从不同的基因工程菌分泌外源蛋白的特点中总结出规律的基础上，构建一个具有高表达又能高分泌的通用性较宽的大肠杆菌是可能的。

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【参考文献】：

1 Blobel G,B Dobberstein. Transfer of proteins across membranes. I Presence of proteolytically processed and unprocessed nascent immunoglobuln light chains on membrane - bound ribosomes of murine myeloma. J Cell Biol, 1975,67:838～ 851

2 Inouye H,J Beckwith. Syntesis and processing of and Esch-erichia coli alkaline phosphatase precursor in vitro. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 1977,74:1440 ～ 14444 Silhavy T J, et al. 1979.

3 Agenetic approach to the study of protein localization in Escherichia colip. 1979. 203～254.

4 IN M. Inouye (ed) Bacterial outer membrane : bilgenesis and function Inc. New York.Walter P,G BLobel. Translocation of proteins across the endoplasmic reticulum. Ⅲ Signal recognition protein (SRP ) causes siganl sequence - dependent and site - sspecific arrest of chain elongation that is released by microsomal membrane. J Cell Biol, 1981,91:557～561

5 Saier M. et al. 1989 Insertion of proteins in to bacterial membranes. Microbiol Rev, 1989,53:333～366

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8 Cecile W. Secretion across the bacterial outer membrane Trands in Genetics, 1992,8:317～322

9 陈永青．细菌蛋白质分泌的研究进展．载盛祖嘉，陈永青编．微生物遗传学综述文集，北京：科学出版社，1993

(复旦大学生命科学学院陈永青教授撰)