An engineered Pichia pastoris platform for the biosynthesis of silk-based nanomaterials with therapeutic potential

丝素 毕赤酵母 丝绸 生物相容性 生物材料 化学 蜘蛛丝 发酵 纳米技术 生物化学 材料科学 有机化学 重组DNA 基因 复合材料
作者
Ernuo Tian,Xiao Shen,Meili Xiao,Zhihua Zhu,Yi Yang,Xing Yan,Pingping Wang,Gen Zou,Zhihua Zhou
出处
期刊:International Journal of Biological Macromolecules [Elsevier BV]
卷期号:269 (Pt 2): 131954-131954 被引量:11
标识
DOI:10.1016/j.ijbiomac.2024.131954
摘要

Silk fibroin (SF) from the cocoon of silkworm has exceptional mechanical properties and biocompatibility and is used as a biomaterial in a variety of fields. Sustainable, affordable, and scalable manufacturing of SF would enable its large-scale use. We report for the first time the high-level secretory production of recombinant SF peptides in engineered Pichia pastoris cell factories and the processing thereof to nanomaterials. Two SF peptides (BmSPR3 and BmSPR4) were synthesized and secreted by P. pastoris using signal peptides and appropriate spacing between hydrophilic sequences. By strain engineering to reduce protein degradation, increase glycyl-tRNA supply, and improve protein secretion, we created the optimized P. pastoris chassis PPGSP-8 to produce BmSPR3 and BmSPR4. The SF fed-batch fermentation titers of the resulting two P. pastoris cell factories were 11.39 and 9.48 g/L, respectively. Protein self-assembly was inhibited by adding Tween 80 to the medium. Recombinant SF peptides were processed to nanoparticles (NPs) and nanofibrils. The physicochemical properties of nanoparticles R3NPs and R4NPs from the recombinant SFs synthesized in P. pastoris cell factories were similar or superior to those of RSFNPs (Regenerated Silk Fibroin NanoParticles) originating from commercially available SF. Our work will facilitate the production by microbial fermentation of functional SF for use as a biomaterial.
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