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大腸菌を用いたヒトCu,Znスーパーオキシドジスムターゼの高レベル可溶性発現
High-level soluble expression of human Cu,Zn superoxide dismutase with high activity in Escherichia coli.
PMID: 32638277 DOI: 10.1007/s11274-020-02883-6.
抄録
抗酸化防御システムの最も重要なメンバーとして、ヒトCu,Znスーパーオキシドジスムターゼ（hCu,Zn-SOD）は、好気性代謝によって生成されたフリーラジカルから細胞を保護します。しかし、hCu,Zn-SODのより広範な応用は、高活性なhCu,Zn-SODを大規模に生産するためには、高価で低コストであるという課題によって制限されています。本研究では、コドン最適化されたhCu,Zn-SOD遺伝子を合成し、pET-28a(+)にクローニングし、大腸菌BL21(DE3)に形質転換した。IPTGまたはラクトースで誘導した後、25℃で800μM Cuと20μM Znを添加したLB培地で、hCu,Zn-SODは可溶性の形で高発現した。この組換え体はニッケルアフィニティークロマトグラフィーにより効率的に精製された。投入バッチ発酵条件の最適化により、3Lのバイオリアクターで発酵させた1Lの培養物から342mg精製されたhCu,Zn-SODが得られた。さらに、この組換えhCu,Zn-SODは46,541 U/mgの酵素活性を保持していた。本研究は、今後の微生物発酵によるhCu,Zn-SODの工業生産に有効な道を開くものである。
As the most important member of antioxidant defense system, human Cu,Zn superoxide dismutase (hCu,Zn-SOD) protects cells against the free radicals produced by aerobic metabolism. hCu,Zn-SOD has been widely used in food, cosmetic and medicine industry due to its health benefits and therapeutic potentials. However, a more extensive application of hCu,Zn-SOD is limited by the challenge of expensive and low production of high-activity hCu,Zn-SOD in large scale. In this study, the codon-optimized hCu,Zn-SOD gene was synthesized, cloned into pET-28a( +) and transformed into Escherichia coli BL21(DE3). After induction with IPTG or lactose, hCu,Zn-SOD was highly expressed as soluble form in LB medium with 800 μM Cu and 20 μM Zn at 25 °C. The recombinant hCu,Zn-SOD was efficiently purified by nickel affinity chromatography. Through optimization of fed-batch fermentation conditions, 342 mg purified hCu,Zn-SOD was obtained from 1 L cultures fermented in a 3-L bioreactor. Furthermore, the recombinant hCu,Zn-SOD retained the enzymatic specific activity of 46,541 U/mg. This study has opened up an effective avenue for industrial production of hCu,Zn-SOD through microbial fermentation in the future.