艰难梭菌毒素A和B适配体的筛选与鉴定

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目的:  通过构建80 bp的单链DNA(Single strand DNA,ssDNA)随机文库,采用指数富集配体进化( Systematic evolution of ligands by exponential enrichment,SELEX)技术筛选与艰难梭菌毒素 A和 B结合率和亲和力强的适配体,为建立快速、准确诊断艰难梭菌感染(Clostridium difficile infection, CDI)提供新的实验室诊断方法。  方法:  一、pET-28b-tcdA-C与 pET-28b-tcdB-N原核表达载体的构建及重组蛋白毒素A和B的表达和纯化  (1)分别设计特异性引物,用 PCR技术分别扩增出毒素 A羧基末端(C7158-8130)和毒素B氨基末端(N1-1629)基因片段。  (2)PCR扩增产物和pMDTM19-T分别进行DNA内切酶酶切反应,回收酶切毒素A羧基末端和毒素B氨基末端基因片段与pMDTM19-T载体相连,转化入大肠杆菌(Escherichiacoli,E coli)DH5α中,涂布于氨苄青霉素抗性平板筛选出阳性克隆菌落。  (3)经测序正确后分别提取并双酶切 pMDTM19-T-tcdA-C与pMDTM19-T-tcdB-N重组质粒,进行琼脂糖凝胶电泳回收tcdA-C和tcdB-N基因片段,构建 pET-28b-tcdA-C与 pET-28b-tcdB-N原核表达载体,转化到 E.coli BL21(DE3)。  (4)E.coli BL21(DE3)培养至OD600约为0.6时,调整IPTG终浓度分别为0.3、0.6、0.8、1.0、1.5mmol/L,诱导表达时间分别为2、4、6、8、10h,诱导表达温度分别为25、30、37℃,选择最适的表达条件,采用Ni-NTA亲和层析柱纯化目的重组蛋白,利用BCA蛋白定量试剂盒测定纯化蛋白的浓度并对重组蛋白毒素A和B进行Western-blot鉴定。  二、随机文库的构建以及重组蛋白毒素A和B适配体的筛选  (1)设计合成全长为80bp的ssDNA随机文库,两端为20个碱基的固定序列,以便设计相应引物用于文库扩增,中间40个碱基为随机序列,构建ssDNA的文库容量达到440。  (2)分别以重组蛋白毒素 A和 B为靶分子,将蛋白分别包被于96孔板上,同时设立空白对照孔,经反筛后将未与空白对照孔结合的ssDNA分别放入包被有重组蛋白毒素A和B的板孔中孵育,洗涤弃去未与靶蛋白结合的ssDNA,然后洗脱与靶蛋白结合的ssDNA,用上游引物和5’端标记有生物素的下游引物进行PCR反应,将ssDNA扩增为dsDNA,此时非文库链的5’端即可标记上生物素;  (3)将上述步骤所得的PCR产物和链霉亲和素磁珠混合,PCR产物通过生物素与磁珠上的亲和素结合,加入适量的碱性溶液,使dsDNA解链成ssDNA,5’端标记有生物素的非文库链仍然与磁珠相连,而文库链游离在溶液中,利用磁力架吸引磁珠分离并获得次级ssDNA候选库。  (4)将次级ssDNA候选文库再分别与毒素A和B温育,进入第二轮筛选。如此循环,随着筛选轮数的不断增加,亲和力低的ssDNA逐渐被淘汰。经过大约6-13轮筛选后,分别与重组毒素A和B结合力强的适配体得到富集。各轮筛选完毕,每一轮筛选后收集的ssDNA文库量与相应轮数反筛后的ssDNA文库量的比值,即得到每轮结合反应的结合率,结合率达到稳定后,停止筛选。  (5)利用正常上下游引物扩增结合率稳定的筛选文库,纯化 PCR产物并进行克隆测序,分析测序所得ssDNA序列和二级结构,分别找到与重组蛋白毒素A和B结合较理想的ssDNA作为毒素A和B的适配体。  (6)根据非竞争性 ELISA法检测筛选富集的适配体与重组蛋白的亲和常数。  结果:  (1)分别成功扩增出艰难梭菌毒素 A羧基末端和毒素 B氨基末端976bp和1629 bp基因序列,将其与pMDTM19-T载体相连,测序无基因突变。  (2)双酶切重组质粒后分别回收 tcdA-C和 tcdB-N基因片段,成功构建了pET-28b-tcdA-C、pET-28b-tcdB-N原核表达载体。  (3)经IPTG诱导表达,SDS-PAGE电泳分析可知,在诱导菌液上清液中分别出现蛋白分子量约为35KDa、60KDa的目的蛋白,与预期值相符。  (4)经Ni-NTA亲和柱纯化后,SDS-PAGE电泳结果显示,重组蛋白毒素A和B得到了较好的纯化,测定重组蛋白毒素A和B的浓度分别为138μg/ml与55ug/ml,Western blot检测证明重组毒素A和B能够很好的与艰难梭菌毒素A和B相对应的单克隆抗体结合。  (5)以重组蛋白毒素A和B为靶标,采用SELEX技术进行适配体的筛选,随着筛选轮数的不断增加,随机ssDNA文库分别与重组蛋白毒素A和B的结合率分别从1.4%增加到44.6%和从0.8%增加到39.6%,且在第10、11、12轮的结合率增加幅度均不明显,表示结合率趋于稳定,停止筛选。  (6)选择第12轮筛选后的文库进行克隆测序,经一级结构和二级结构的分析,重组蛋白毒素A筛选的适配体出现了6组完全相同的序列,重组蛋白毒素B筛选的适配体出现了4组完全相同的序列,分别选择Apt-A22和Apt-B20两条适配体进行后续的亲和常数的检测。  (7)利用非竞争ELISA法测定重组蛋白毒素A与适配体Apt-A22的亲和常数值为22.47×106 M-1;重组蛋白毒素 B与适配体 Apt-B20的亲和常数值为37.64×106 M-1。  结论:  成功构建了艰难梭菌毒素A和毒素B的pET-28b-tcdA-C和pET-28b-tcdB-N原核表达载体,并诱导表达获得纯化的重组蛋白毒素A和毒素B;利用两种重组蛋白,采用SELEX技术筛选,成功获得6组序列相同的毒素A适配体和5组序列相同的毒素B适配体。
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