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结核病是危害人类健康的重大传染病之一,我国是结核病高发国家。随着抗生素的广泛使用,耐多药结核病(MDR-TB)和严重耐多药结核病(XDR-TB)日益增多。研发更有效的药物治疗结核感染,同时减轻药物的毒性和防止耐药性的产生成为亟待解决的问题。
噬菌体裂解酶作为一种新的抗菌剂走进人们的视野:(1)在体内和体外都有快速有效的抗菌活性。(2)作用于细胞壁粘膜,可以杀死群居的致病菌。(3)一种全新的作用模式,即酶切肽聚糖。(4)较窄的抗菌图谱。(5)几乎不可能形成抗性。(6)明显的安全性。(7)可以通过基因工程的手段简单改造。
噬菌体D29是一种裂解性分枝杆菌噬菌体,它能感染并裂解结核分枝杆菌和耻垢分枝杆菌。本研究对噬菌体D29的裂解酶进行了以下探索:
1.噬菌体D29的生物学扩增与蛋白质分析:液体培养耻垢分枝杆菌及其噬菌体D29,测定噬菌体D29效价为3×108。通过蛋白质同源性分析和功能保守区分析,蛋白gp10与不同裂解酶有30%~50%的同源性,其功能保守区属于裂解酶家族;蛋白gp12与不同裂解酶和角质酶有28%~42%的同源性,基功能保守区属于水解酶家族。同时根据文献报道推测gp10和gp12可能有裂解作用。
2.构建原核表达载体和优化表达目的蛋白:分离噬菌体D29并提取其基因组。以结核分枝杆菌噬菌体D29基因组为模板,设计引物,通过PCR选择性地扩增gene10、gene11、gene12、gene30,与T-载体连接,检验并测序后与表达载体pET42a连接,转化入表达菌株BL21(DE3)中,IPTG诱导表达,并优化表达条件。最佳表达条件为:30℃,0.5mM IPTG诱导8h,用bandscan软件分析两蛋白表达量分别占总蛋白的32.3%和43.1%。
3.蛋白gp10、蛋白gp10的纯化与复性:蛋白gp10和gp12以包涵体形式表达,降低诱导温度,无法使目的蛋白可溶性表达。8M尿素溶解包涵体,由于蛋白连接有his标签,用镍柱纯化融合蛋白gp10和gp12,咪唑洗脱。用透析复性、稀释复性、柱上固相复性的方法进行复性,均未得到较高的复性率。通过正交分析的方法优化透析的复性缓冲液,在基本缓冲液中加入1nM EDTA,0.1%PEG2000后,进行梯度透析,蛋白gp10和gp12的可溶性复性率可达30%和40%以上,大副提高可溶性蛋白的复性率。
4.蛋白gp10、蛋白gp12生物学活性研究:蛋白gp10和gp12冷冻干燥浓缩后用蒸馏水溶解,过滤除菌。用杯碟法和二倍稀释法检验蛋白10和蛋白12是否有裂解酶活性,并与链霉素、卡那霉素和利福平比较抑菌效果。杯碟法测得1024μg/mL的蛋白gp10在平板上形成了2mm的透明圈,二倍稀释法测得蛋白gp10最低抑菌浓度为128μg/mL,但抑菌效果不如链霉素、卡那霉素和利福平,gp12没有抑菌效果,对gp10也没有辅助作用。
综上所述,本研究成功构建了表达载体pET42a-gp10,pET42a-gp11,pET42a-gp12,pET42a-gp30,重组载体转化进入BL21(DE3)后获得了较高产量的重组蛋白gp10和gp12。蛋白gp10和gp12经尿素变性后纯化,通过优化的复性缓冲液透析复性,得到较高的可溶性复性率。抑菌实验证明,蛋白gp10有较低的裂解酶的作用,蛋白gp12没有裂解酶的作用。本实验为今后结核分枝杆菌D29裂解酶的进一步研究奠定了坚实的基础。