基本信息
- 项目名称：
- 一种重组藻蓝胆素的制备方法及应用
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”作品
- 小类：
- 生命科学
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 藻蓝胆素(PCB)是藻类中特有的一种捕光色素，具有抗氧化、消炎等多种功效。目前藻蓝胆素主要的获取途径是从螺旋藻中天然提取，由于螺旋藻培养周期长、占地广，且自身含有较多其他色素，从而导致分离困难，藻蓝胆素在市场上的价格也居高不下。本文克隆了藻蓝胆素合成关键酶基因，并将其在大肠杆菌体内进行组合表达，利用大肠杆菌自身血红素为底物，催化合成藻蓝胆素。
- 详细介绍：
- 藻蓝胆素是存在于红藻及蓝藻中的一种光合作用辅助色素，主要在光合作用中起吸收及传递光能的作用。作为胆红素的衍生物，藻蓝胆素目前已被证明具有抗氧化、清除羟自由基以及氧自由基、保护生物膜免受氧化伤害、以及消炎等多种功效。最新研究证据发现，藻蓝胆素在细胞内可以被血红素还原酶还原而转化为血红素，进而反馈抑制由氧化损伤引起的NADPH氧化酶的过量表达，对于Gilbert综合症等由氧化损伤引起的疾病起到很好的疗效。同时藻蓝胆素还可以作为优良的荧光探针和食用天然色素，在医药、食品保健等领域具有广泛的应用前景。然而，目前国内外获得藻蓝胆素的方法主要是从螺旋藻中天然提取。该方法提取工艺复杂，难以获得高纯度的藻蓝胆素，且螺旋藻培养周期较长，生长密度低，需要占用大面积土地，因此导致市场上高纯度藻蓝胆素价格较高，主要依赖于从美国进口，尚不适合作为医疗保健品广泛应用。本课题在详细分析螺旋藻藻蓝胆素生物合成途径的基础上，克隆得到了藻蓝胆素合成途径中的两个关键酶基因，并利用基因组合表达技术，将其在大肠杆菌中进行组合表达，以大肠杆菌自身血红素为底物，高效催化合成藻蓝胆素。从而可以利用廉价的培养基，高密度培养藻蓝胆素生产工程菌株，实现了藻蓝胆素的高效生产。该方法无需昂贵的设备和生产场地，下游提取纯化过程简单，大大降低了高纯度藻蓝胆素的生产成本，从而为藻蓝胆素作为抗氧化药物的开发利用奠定了重要基础。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 1.设计发明的目的和基本思路针对藻蓝胆素的天然提取的困难，本课题拟利用基因工程组合表达技术，克隆藻蓝胆素合成相关基因，将其在大肠杆菌中进行组合表达，利用大肠杆菌自身血红素为底物，高效合成藻蓝胆素。建立藻蓝胆素简便低成本的提取工艺，并对藻蓝胆素的抗氧化性能进行研究，为藻蓝胆素作为高效抗氧化剂的广泛应用奠定基础。 2.创新点 采用组合表达策略，通过组合表达藻蓝胆素合成相关基因，在大肠杆菌中建立藻蓝胆素生物合成途径，实现藻蓝胆素在大肠杆菌中的高效表达，进而建立高纯度藻蓝胆素的低成本制备工艺，并对其抗氧化性能及抗氧化机理进行研究，为藻蓝胆素的大规模生产及应用奠定基础。 3.技术关键和主要技术指标技术关键： 目前利用基因工程大肠杆菌高效表达外源蛋白技术已相当成熟，然而对于携带小分子化学发光基团（色基）或某种特殊修饰的非单基因目标产物来说，往往需要由多个基因协同作用完成。这就需要同时组合表达多个蛋白或酶，在工程菌中建立一条新的目标产物生物合成途径。因此，如何实现多基因在大肠杆菌中的稳定、高效表达是组合表达成功与否的关键。本项目拟采用具有两套启动子和多克隆位点的共表达载体，可以同时稳定高效表达2-4条基因，从而保证了各基因间的表达平衡。主要技术指标： 1.藻蓝胆素表达量达1g/L以上。 2.获得高纯度（>95％）藻蓝胆素
科学性、先进性
- 科学先进性：（1）本方法利用廉价的培养基，高密度培养工程菌株，高效生产目的产物，无需昂贵的设备和生产场地。而传统生产工艺中螺旋藻的培养周期较长，生长密度较低，需要占用大面积土地，提取工艺复杂且成本较高。（2）利用本方法是一种高纯度（>95%）低成本的藻蓝胆素的生产工艺。而传统采用天然提取，有机溶剂抽提的方法只能获得纯度达到80%左右的藻蓝胆素。
获奖情况及鉴定结果
- 已获得专利申请号，还有部分抗氧化活性实验尚正在进行，论文正在整理中。 已获得第十二届“挑战杯”山东省大学生课外学术科技作品竞赛特等奖。
作品所处阶段
- 实验室阶段
技术转让方式
- 协商转让
作品可展示的形式
- 图片、实物样品 图片 样品
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 1.技术特点和优势（1）藻蓝胆素的表达量1g/L以上（2）获得纯度高于95% （3）成本低 2.适用范围（1）研究：优良的荧光探针（2）食品保健：食用天然色素（3）医用：抗炎症，抗氧化，抗辐射，抗肿瘤药物的重要组成成分 3.市场分析和经济效益预测氧化损伤是引起人体衰老问题的关键。随着生活节奏加快、环境污染加剧、营养过度和生活习惯不良，人们健康状态正在受到严重影响，因而越来越多的人进入亚健康状态。这已成为一个不容忽视的社会问题。国内外大量研究表明，藻蓝胆素可以有效抑制体内自由基的生成，缓解衰老和氧化损伤。此外，藻蓝胆素还具有消炎、保肝、抗肿瘤等多种功效，同时作为一种优良的食用色素，可广泛应用于食品、医疗保健等领域。目前商品化的藻蓝胆素价格较高（作为光敏剂高纯度藻蓝胆素的价格约为150-180美元/毫克），且主要依靠从美国进口，不合适作为抗氧化剂或医疗保健品广泛应用开发。因此开发具有自主知识产权、高纯度低成本的藻蓝胆素生产方法具有重要的经济和社会意义。
同类课题研究水平概述
- 藻蓝胆素是存在于红藻及蓝藻中的一种光合作用辅助色素，主要在光合作用中起吸收及传递光能的作用。作为胆红素的衍生物，藻蓝胆素目前已被证明具有抗氧化、清除羟自由基以及氧自由基、保护生物膜免受氧化伤害、以及消炎等多种功效。最新研究证据发现，藻蓝胆素在细胞内可以被血红素还原酶还原而转化为血红素，进而反馈抑制由氧化损伤引起的NADPH氧化酶的过量表达，对于Gilbert综合症等由氧化损伤引起的疾病起到很好的疗效。同时藻蓝胆素还可以作为优良的荧光探针和食用天然色素，在医药、食品保健等领域具有广泛的应用前景。然而，目前国内外获得藻蓝胆素的方法主要是从螺旋藻中天然提取。该方法提取工艺复杂，难以获得高纯度的藻蓝胆素，且螺旋藻培养周期较长，生长密度低，需要占用大面积土地，因此导致市场上高纯度藻蓝胆素价格较高，主要依赖于从美国进口，尚不适合作为医疗保健品广泛应用。本课题在详细分析螺旋藻藻蓝胆素生物合成途径的基础上，克隆得到了藻蓝胆素合成途径中的两个关键酶基因，并利用基因组合表达技术，将其在大肠杆菌中进行组合表达，以大肠杆菌自身血红素为底物，高效催化合成藻蓝胆素。从而可以利用廉价的培养基，高密度培养藻蓝胆素生产工程菌株，实现了藻蓝胆素的高效生产。该方法无需昂贵的设备和生产场地，下游提取纯化过程简单，大大降低了高纯度藻蓝胆素的生产成本，从而为藻蓝胆素作为抗氧化药物的开发利用奠定了重要基础。
