体外筛选炭疽杆菌芽孢适配子的研究与初步应用

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SELEX技术(Systematic evolution of ligands by exponentialenrichment)即指数扩增配体的系统进化技术,是90年代初建立的一种体外文库筛选方法。SELEX技术的基本思想是合成一个两端为固定序列,中间为随机序列的单链寡核苷酸库(RNA或DNA),库中序列的多样性可反映为二级结构的多样性;将它与靶物质混合,形成靶物质—寡核苷酸的复合物,去除未与靶物质结合的核酸,分离与靶物质结合的核酸分子,并以此类核酸分子为模板由固定序列为引物进行PCR扩增,扩增产物再进行下一轮的筛选过程;通过多轮的筛选与扩增,一些与靶物质不结合或与靶物质只有低亲和力的寡核苷酸被去除,而与靶物质有较高亲和力的“适配子”(Aptamer)将逐渐得到富集。这一方法的原理简单,操作简便易行,一经问世,便得到了广泛的应用。适配子具有亲和力高且特异性好等特点,而且易于标准化,目前正在成为一种新的诊断试剂。目前,已有研究者将凝血酶的适配子成功地固化在光纤传感器上,用以检测凝血酶,这一工作为生物战剂传感器的研制提示了新的方向。国外有利用SELEX技术筛选炭疽杆菌芽孢适配子的报道,但其使用的是高压灭菌处理后的芽孢,而且没有完成适配子特异性、亲和力以及结构与功能的考察,在这一方面还有许多工作急待进行。国内有关SELEX技术的研究起步较晚,文献报道较少。 本研究工作将系统地进行炭疽杆菌芽孢适配子的研究,并基于适配子的特性,建立一种以尼龙膜为载体,炭疽芽孢适配子为检测分子来检测炭疽芽孢的方法;此外,由于许多生物战剂的单克隆抗体研制存在困难,本研究可为解决这一难题提供新的思路。我们一直期望能将SELEX这一新技术应用到微生物检测的研究工作中。适配子是一段寡核苷酸,其稳定性优于单克隆抗体,已有实验证明SELEX技术可以筛选到特异性和亲和力都强于单克隆抗体的适配子;而适配子与靶物质的结合是结构依赖性,而不是序列依赖性的,因此不需杂交等步骤;此外适配于的筛选是一种体外筛选,不涉及免疫过程,适用范困广。 基于上述考虑,结合国外的技术进展和自身工作的实际需要,我们拟定了这一课题,目的不仅在于以炭疽杆菌的芽抱作为筛选模式,筛选到炭疽芽抱特异的适配子,将筛选到的适配子作结构与功能研究,并将亲和性较好的适配子作为检测炭疽芽抱的检测分子;还期望在我们实验室建立起行之有效的SELEX技术,用于单克隆抗体制备存在困难的其它生物战剂,为生物战剂的快速侦检开辟新的思路。 研究结果显示:在体外构建的两端为固定序列,中I’riJ随机区域为35个核昔酸序列,其全长为78个核昔酸的随机寡核昔酸文库的基础卜,用炭疽秆菌疫茵株 A.161{的芽抱为靶物质,在含有 2价 Mg‘”存在的情况下,按SSDNA:炭疽芽抱=l…g:1.5X108混合,经过了十/轮“吸附-漂洗-洗脱-扩增”的SELEX过程,同时,每三轮的筛选产物用蜡样芽抱杆菌芽抱进行反筛,以提高筛选的特异性。筛选产物经扩增后在 15%的聚丙烯酚胺凝胶电泳图中显示,随着筛选轮数的增加,PCR扩增电泳条带逐渐单纯。为了提高产物的忠实性,PCR扩增的优化条件为:采用热启动法扩增可以稳定地获得较好的扩增结果;退火温度在58OC~68C、循环数为20~22时,有预期的扩增带。将每轮的筛选产物用标有生物素的引物PCR扩增后,与炭疽芽抱进行结合实验,TMB显色系统提示,第十八轮筛选的炭疽芽抱适配子库与芽抱结合后显色O*值比第一轮的O*值提高了37 fg以上,在第六轮筛选时,出现了O*值降低,这种现象的产生是山于筛选压”(选择/进化压)的影响,使得筛选库中所期望得到的寡核昔酸片段的特异性增强。在考察筛选库的特异性时,将高压灭菌后的炭疽芽抱和筛选用炭疽芽泡约 IXIO’分别与第十八轮的筛选库巾g作结合实验,检测的0.D值分别是0.193和 1.1H,说明了筛选产物对靶物质的特异性较强。考虑到芽抱是一个多表位的靶物质,是个混合靶物质的筛选过程,筛选的适配子是多样的,我们将筛选库进行了单链和双链(加热与不加热)DNA与炭疽芽抱的结合实验。结果显示,适配子与芽抱结合以单链为主,双链也有结合。 在经过了成功的十八轮SELEX筛选后,将筛选产物-寡核昔酸片段进行了克隆,在500个克隆子中随机选取79个克隆子进行了测序,将测序结果按碱基多少分为A、BVH群,AJty的54条与预期片段大小一致, 一10 一 少数片段在3’端固定区有个别碱基突变山群为25条大小不等的片段。 可分为两个亚群,BI群为12条随机序列区域短于所期望长度的片段, 并在随机区域或 3’端引物区域有碱基突变;BZ群为* 条长于预期长 度的片段,主要表现在3’端引物序列的重复出现。造成短于彬]望片段 长短的原因可能是山于跳跃PCR的影响;长于期望片段长度的原因PJ‘能 是低温下,引物与随机区域退火延伸所致。将测序序列(适配-f)计算 机分析软件分析测序序列的保守
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