超滤技术在蛋白质分离纯化中应用

李国军 姜媛媛 王莹 李郑武

（哈药集团技术中心 黑龙江哈尔滨 150500）

超滤技术在蛋白质分离纯化中应用

李国军 姜媛媛 王莹 李郑武

（哈药集团技术中心 黑龙江哈尔滨 150500）

超滤是一种非常实用的膜分离技术，在生物工程制药领域，可有效去除发酵液中的内毒素，实现蛋白质溶液快速脱盐、脱醇和浓缩等。本文仅对超滤技术在蛋白质分离纯化中的应用进行综述。

超滤 分子量 蛋白质纯化

超滤（ultrafiltration,UF）是一种常见的膜分离技术,以压力差为动力,通常在给定的压力下,溶液中的小分子可以通过一定孔径的薄膜,截留住大分子,从而实现了大分子物质和小分子物质的分离。超滤技术在水处理、食品工业、染料工业、生物工程领域等不同的领域和行业都取得了广泛的应用,在生物工程领域,根据选择的微孔膜的孔径的不同,超滤技术常用来对分子量35-100kDa的蛋白质、核酸等的可溶性生物大分子进行纯化或者浓缩。本文仅对超滤技术在蛋白质分离纯化方面的应用进行综述。

1 最早关于超滤的报道

1748年,Schmidt使用棉花胶膜过滤溶液中的悬浮物质,取得了较好的效果,由于其过滤的精度远远超过了使用滤纸过滤的效果,被认为是超滤技术的最早应用。直到1896年,马丁才制造了世界上第一张真正意义上超滤膜。随着研究的不断深入和其他学科的不断发展壮大,超滤技术九十年代后取得了更广泛的应用。

2 超滤技术的应用

在蛋白质纯化过程中超滤技术有两大应用,一方面应用超滤技术去除细胞破裂释放的大量核酸和内毒素等小分子杂质,另一方面用于蛋白溶液的浓缩,脱盐,脱醇,分级纯化等。其应用特点就是①操作简单,方便,可以快速的进行下游纯化。②去除小分子杂质,提高了纯化树脂的利用率,节约原材料成本。③处理量大,速度快,蛋白回收率高。

2.1 去除内毒素

王娟,谢飞,琇陈潭等在应用超滤技术去除重组MUC1-MBP融合蛋白中内毒素的研究中使用四种方法去除表达重组MUC1-M B P融合蛋白大肠杆菌发酵液中的内毒素,单独使用C M Sepharose FF离子交换层析、CM联合Phenyl Sepharose 6 FF疏水层析、CM加超滤、CM联合C6加超滤四种方法去除内毒素,使用鲎试剂法检测内毒素水平。通过实验研究发现,离子交换层析或者离子交换层析联合疏水层析均不能有效去除内毒素,其中疏水层析几乎没有去除内毒素的作用,离子交换层析加上超滤可以有效去除内毒素。

肖兰艳,何颖,刘雪婷在重组大肠杆菌表达的Bere1纯化工艺中去除内毒素效果研究实验中采用采用亲和层析法、超滤法和离子交换法联合应用以及TritonX-114萃取法与亲和层析法联合应用,比较这两个方法去除重组蛋白溶液中的内毒素效果的优劣。结果两个方法对内毒素的去除率均为99.99%,内毒素含量均符合中国药典规定,但第一种方法蛋白回收率为42.8%,第二种方法蛋白回收率为26.1%。可见超滤技术在去除内毒素中发挥了重要作用,而且能提高蛋白回收率。

2.2 脱盐、脱醇、浓缩

在蛋白质的纯化过程中应用超滤技术对蛋白质进行脱盐和浓缩,此方法的特点是适合几百到几千升的大量液体处理,操作简单、节省时间,而且蛋白回收率高。周冉,王飞,郝洁等应用超滤浓缩技术分离鹿茸中胰岛素样生长因子1,摸索出最优工艺条件。在此方法下,PES膜IGF-1回收率达到68.32%,蛋白质回收率达到69.20%；改性PES膜IGF-1回收率达到57.17%,蛋白质回收率达到87.43%。郭立新,高志刚,齐福林应用超滤技术将丙种球蛋白制品中的沉淀剂-乙醇直接脱去,并最终浓缩成终产品。温涛,刘玉振,方建华应用超滤技术浓缩人血白蛋白,使用此方法脱醇速度快,截留率大,产量高,纯度和醇含量均合格。张雄,李云雁,张凯应用超滤技术对酸溶性三文鱼皮胶原蛋白进行脱盐,当料液初始浓度为1.2%,温度为30℃,压力为0.3MPa,超滤7次时,氯离子脱除率可达到74.4%。

2.3 蛋白分级分离

在蛋白质的分离纯化上,超滤技术虽取得广泛的应用。但也有一定的局限性,两种产品的分子量小于等于5倍,无法分离或者分析效果很差。相反分子量差值越大,分离效果越好。樊晶,陈连旺,王巨存等应用萃取-超滤两步法从过期的人血中提纯人血红蛋白,经15%SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳结果显示确定了血红蛋白蛋白质的亚基组成及分子量,电泳迁移率与对照品完全一致,分离效果较好。

随着近些年,全球经济的飞速发展,生物工程产业也不断发展、壮大,对蛋白质分离,纯化技术提出了更高的要求。鉴于超滤技术的优势,在蛋白质纯化方面一定能取得更广泛的应用。

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1674-2060（2016）03-0227-01