蛋白表达是指用模式生物如细菌、酵母、动物细胞或者植物细胞表达外源基因蛋白的一种分子生物学技术。表达系统是基因功程及生物制药研究和应用的重要内容，也是生命科学研究领域的热点。

蛋白表达系统可以大致分为原核表达和真核表表达系统两大类，表达系统的选择需要根据实验需求进行选择。

蛋白表达系统是指由宿主、外源基因、载体和辅助成分组成的体系。通过这个体系可以实现外源基因在宿主中表达的目的。

宿主，即表达蛋白的生物体：可以为细菌、酵母、植物细胞、动物细胞等。

载体：载体的种类与宿主相匹配。根据宿主不同，分为原核（细菌）表达载体、酵母表达载体、植物表达载体、哺乳动物表达载体、昆虫表达载体等。

辅助成分：有的表达系统中还包括了协助载体进入宿主的辅助成分。比如昆虫-杆状病毒表达体系中的杆状病毒。

大肠杆菌表达系统

酵母表达系统

昆虫表达系统

哺乳动物细胞表达系统

植物表达系统

按照宿主细胞来划分，蛋白质表达系统可以大致分为原核表达系统和真核表达系统两大类，根据目的蛋白质的性质和实验目的选择合适的表达系统。

原核表达系统存在一定局限性：

原核表达系统虽然是常见的表达系统，但不具有蛋白质的翻译后修饰及加工，存在局限性:

1、目的蛋白常以包涵体形式表达，导致产物纯化困难

2、原核表达系统的翻译后加工修饰体系不完善,不能进行糖基化、甲基化修饰，影响表达产物的生物活性。

3、会产生内毒素

4、难以泌出胞外，产量低

相比而言，真核表达系统具有明显的优势：

1、具有转录后加工系统

2、具有翻译后修饰系统

3、可实现真正的分泌表达

酵母是单细胞低等真核生物，它既具有原核生物易于培养、繁殖快、便于基因工程操作和高密度发酵等特性，同时又具有适于真核生物基因产正确折叠的细胞内环境和糖链加工系统，还能分泌外源蛋白到培养液中，利于纯化。因此，酵母被认为是一个很有前途的真核表达系统。

不同的蛋白表达系统拥有着不同的特性，下面我们先来着重认识一下酵母表达系统。了解一下酵母表达系统的类型，特点，以及与其他蛋白表达系统相比的特点及优缺点。至于剩余的表达系统，不要着急，咱们下次一定！

1、酵母表达系统具有一定的翻译后修饰能力，可以产生二硫键、糖基化、磷酸化等修饰的蛋白质。可以表达一些原核系统无法表达的复杂蛋白质。

最常见的酵母表达系统的受体细胞一般可以分为酿酒酵母表达系统、毕赤酵母表达系统。

2、酵母细胞的培养条件简单，生长速度快，适合大规模发酵生产。

3、酵母细胞可以使用不同的启动子来调控外源蛋白的表达水平，如甲醇诱导型启动子AOX1。

4、酵母细胞可以使用不同的信号肽来引导外源蛋白的分泌

5、酵母细胞可以使用不同的载体类型来整合或复制外源基因

在酵母表达系统中，相比于酿酒酵母，毕赤酵母表达系统的优越性则更为显著‍

酿酒酵母是第一个完成基因组测序的真核生物，是发酵中最常用的生物种类，广泛被用于酿酒和面包发酵。因为不含内毒素，被认为是GRAS(generally rec。ognized as safe)生物。

2018年PNAS曾发表文章“Engineering the protein secretory pathway of Saccharomyces cerevisiae enables improved protein production”，通过筛选诱变文库中蛋白质分泌增加的突变酿酒酵母菌株，确定引起突变靶点基因间的协同效应。

毕赤酵母是一种甲醇营养型酵母，可以利用甲醇作为唯一的碳源和能源。毕赤酵母表达系统由于其低成本高产出并具有一定翻译后修饰等优点而被越来越多的使用。

1、毕赤酵母拥有目前最强，调控机理最严格的启动子之一醇氧化酶基因AOX1启动子，非常利于外源基因的表达调控。特有的AOX1强效启动子使得毕赤酵母在甲醇中表达的AOX1基因的mRNA占细胞总mRNA的5%、AOX蛋白占细胞总蛋白的30%-40%，表达外源蛋白产量是酿酒酵母的10-100倍。

2、具有翻译后的蛋白加工修饰功能例如磷酸化、糖基化等，是一种不可多得的集聚多种优势的真核表达系统；

3、既可以在细胞内表达，也可在细胞外表达

4、培养条件简单，生长繁殖速度迅速。可以进行大规模发酵，适合高密度培养，非常适合重组真核蛋白的工业放大化生产制备。

5、外源基因可以单拷贝或者多拷贝的形式在特定的位点整合进酵母染色体上，伴随着染色体的复制而复制，有较高的遗传稳定性

毕赤酵母菌株类型主要有四种，分别是X33、GS115、KM71H和SMD1168。

X33是野生型菌株，具有甲醇快利用型（Mut+）的表型，同时含有编码醇氧化酶AOX1和AOX2的基因。

GS115和KM71H都具有组氨酸脱氢酶缺陷型（HIS4）的基因型，可以利用不含组氨酸的培养基筛选重组子124。GS115也是甲醇快利用型（Mut+），而KM71H是甲醇慢利用型（Mut s），其AOX1位点被ARG4基因插入，只能依赖AOX2产生AOX13。

SMD1168是蛋白酶缺陷型（pep4）的菌株，可以有效降低外源目的蛋白的酶解12。它也具有组氨酸脱氢酶缺陷型（HIS4）和甲醇快利用型（Mut+）的特点。它能够表达一些由于蛋白降解而引起的的表达产物分布不均的问题。只是由于SMD1168菌株生长缓慢，导致表达的外源蛋白质产量低。

经典的毕赤酵母表达质粒包括pPIC系列和pGAP系列，分别采用甲醇氧化酶启动子（AOX1）和甘油醛三磷酸脱氢酶（GAP）启动子。

常见的毕赤酵母分泌表达载体主要包括：pPICZαA、pPIC9K等。

pPICZαA质粒载体3593bp，用于表达和分泌毕赤酵母中的重组蛋白。可以用在任何毕赤酵母菌株中，包括X33、GS115、SMD1168H、KM71H；

包含 AOX1 启动子；

利用ɑ-因子分泌重组蛋白，ɑ-因子信号肽是毕赤酵母表达系统中最常用的信号肽；

含有 c-myc 抗原决定簇和6×HIS标签用于检测和纯化重组融合蛋白；

载体拥有Zeocin博来霉素抗性；

插入基因必须包含起始密码子ATG；

pPIC9K质粒载体大小9276 bp，是融合表达载体，毕赤酵母宿主菌是KM71H和GS115能够使用；

包含 AOX1 启动子；

利用ɑ-因子分泌信号肽，分泌表达蛋白基因；

拥有氨苄及卡纳霉素抗性；

在毕赤酵母中利用HIS4进行筛选；

今天，我们关于酵母分泌蛋白体系就介绍到这里啦，小瑞知道关于蛋白表达体系还有很多知识可以谈。大家想了解什么可以在下方评论，小瑞看到就会和大家一起学习分享。下一期我们谈谈酵母分泌蛋白体系如何实验操作，怎样提高酵母分泌蛋白的含量和活性。我们下期再见~

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