Dairy Sci. Technol. 88 (2008) 173-181
DOI: 10.1051/dst:2007019

High-level expression and production of human lactoferrin in Pichia pastoris

Tiemin Jiang¹, Lijun Chen¹, Shiqian Jia¹, Lishui Chen² and Ying Ma<sup>2

1</sup>  Technical Center, Beijing Sanyuan Foods CO, LTD, Beijing, 100085, P. R. China
²  College of Food Science and Engineering, Harbin Institute of Technology, Harbin, 150090, P. R. China

(Received 27 January 2007 - Accepted 29 August 2007 - Published online 23 February 2008)

Abstract - Lactoferrin (LF) is a multifunctional iron-binding glycoprotein which is found in high concentrations in milk. Recombinant human LF (rhLF) may provide health benefits. In the present study, we report an optimization of the production system of recombinant human lactoferrin that has enabled the production of recombinant protein at levels up to 1200 mgL^-1. The hLF was expressed in the methylotrophic yeast Pichia pastoris using the pPIC9K vector. The expression level of recombinant hLF (rhLF) was improved significantly by mixed methanol/glycerol feeding at the ratio of 4:1 during the induction phase of high cell-density fermentation. A yield of approximately 1200 mgL^-1 was obtained in fed-batch fermentation with this system, which was much higher than the reported values for other systems (1 mgL^-1 to 115 mgL^-1). The rhLF was purified via ion-exchange chromatography using SP Sepharose Fast Flow and has a similar molecular mass of 80 kgmol^-1 to native hLF. The level of glycosylation of the recombinant protein is similar to that of the native protein.

Résumé - Haut niveau d'expression et de production de lactoferrine humaine par Pichia pastoris
La lactoferrine (LF) est une glycoprotéine multifonctionnelle liant le fer, qui se trouve en concentration élevée dans le lait. La lactoferrine humaine recombinante (rhLF) peut être bénéfique pour la santé. Dans cette étude, nous présentons une optimisation du système de production de rhLF permettant d'obtenir des niveaux de production élevés. La lactoferrine humaine était exprimée dans la levure méthylotrophe Pichia pastoris à l'aide du vecteur pPIC9K. Le niveau d'expression de rhLF était amélioré significativement lorsque le milieu était alimenté d'un mélange méthanol/glycérol dans un ratio de 4:1 pendant la phase d'induction de la fermentation à haute densité cellulaire. Un rendement d'approximativement 1200 mgmL^-1 était obtenu en fermentation batch alimenté avec ce système, ce qui était beaucoup plus élevé que les valeurs reportées pour d'autres systèmes (1 mgL^-1 à 115 mgL^-1). La rhLF était purifiée par chromatographie d'échange d'ions (SP Sepharose Fast Flow) et avait une masse moléculaire de 80 kgmol^-1 similaire à celle de la lactoferrine humaine native. Le degré de glycosylation de la protéine recombinante était similaire à celui de la protéine native.

Key words: human lactoferrin / Pichia pastoris / high cell-density fermentation / glycosylation

Mots clés : lactoferrine humaine / Pichia pastoris / fermentation / glycosylation

Corresponding author: chlj@263.net

© INRA, EDP Sciences 2008