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炭疽是炭疽芽胞杆菌引起的一种人兽共患病,主要是牛、马、羊等草食动物易感,人类通过接触患病动物或空气土壤中的炭疽芽胞而感染。炭疽芽胞杆菌的主要毒力因子炭疽毒素由保护性抗原(PA),水肿因子(EF)和致死因子(LF)三种组分构成。三组分组成两种毒素,水肿毒素和致死毒素。其中保护性抗原是主要的免疫原,目前的许多检测方法都是基于保护性抗原建立起来的,对致死因子的研究也越来越深入。炭疽特异性抗体的检测在实验室内一直都在应用,主要用于疫苗的免疫效果评价,或小规模的回顾性调查,多为用保护性抗原检测保护性抗体,对抗LF和EF抗体的检测较少,经典的间接ELISA仍然是目前应用最名目简单方便的方法。
本研究分析了中国炭疽芽胞杆菌致死因子基因中的SNP位点特征。选择18株炭疽芽胞杆菌,采用PCR方法扩增炭疽芽胞杆菌致死因子基因、测序,并进行SNP位点分析。结果显示实验中所用中国炭疽芽胞杆菌致死因子基因中第895位核苷酸均为G,与国外菌株不同。中国不同地区(包括新疆、广西、北京、内蒙等地)、不同年代和不同来源(包括土壤、牛、羊、骡、狗、病人等)分离的菌株,具有相同的SNP位点特征。表明致死因子在炭疽芽胞杆菌中作为一种保守稳定的蛋白形式存在,致死因子基因中第895位核苷酸均为G的SNP位点特征很可能是中国炭疽芽胞杆菌的共同特征。
本研究克隆表达了三种不同形式的毒素蛋白一致死因子、保护性抗原、以及保护性抗原的活性形式PA63,其中PA63是与麦芽糖结合蛋白融合的形式表达的,表达产物易于纯化,每升培养物经一步亲和纯化可获得约5mg的重组蛋白。其他蛋白是以带6×His组氨酸标签的形式表达的,可通过控制表达条件,使目标蛋白以可溶形式在细胞内高效表达,每升培养物经Ni离子金属螯合树脂纯化可获得约4mg重组蛋白。Western Blot结果显示重组蛋白均具有良好的免疫反应性。使用MTT方法进行的生物学活性测定结果显示,LF与三种不同形式的PA联合,细胞毒性与文献报道相比均有明显降低。
本研究应用间接ELISA对人群血清特异抗体进行了检测。一共使用了三种不同的抗原,混合的炭疽毒素抗原,克隆表达的重组蛋白PA63(MBP)和致死因子LF。对来自三个省(区)的156份血清进行了检测,其中包括病人血清41份,健康人血清60份,健康从业人员血清55份,每份血清同时应用三种抗原进行血清抗体检测。检测结果按照抗体相对含量进行分类比较、t检验、S/N比值大于等于2.1的阳性判断标准等多种方法进行了统计分析。结果显示,炭疽毒素抗原具有较高的(假)阳性率,PA具有较高的(假)阴性率,而LF的结果能区别大部分的病人和健康人,但LF的反应强度要低于PA和炭疽毒素抗原。炭疽毒素抗原,保护性抗原和致死因子用于检测同一批血清标本,虽然反应程度各不相同,但其基本趋势是一致的。实验结果还显示出在我国部分地区的健康人尤其是健康从业人员中也有相当一部分人抗体水平较高,有的甚至达到了感染病人的抗体水平,提示炭疽在我国部分地区的流行情况不容乐观。
从结果可以看到,致死因子显示出应用潜力,实验结果虽仍有偏差,但在大规模的疾病监测工作中,用来评估某地区的炭疽流行程度应该是可以使用的。实验还存在一定问题,主要原因是目前准确的划分病人和健康者,进而搜集相应血清用于试剂评价还存在一定困难,使结果具有明显偏倚,有待日后通过其他方法准确判定真阳性和阴性对照,并通过对真正的阳性和阴性对照的检测,确定出阳性判断标准。
本研究分析并证实了致死因子基因在我国炭疽芽胞杆菌中的稳定性及SNP特征;克隆表达了三种不同形式的炭疽芽胞杆菌重组保护性抗原和致死因子,重组蛋白可以在细胞内以可溶形式高效表达,具有良好的免疫反应性,对敏感细胞的毒性显著降低;初步评价了重组蛋白应用于人群血清抗体中的可行性,认为致死因子有较好的应用前景。本研究结果对于发展炭疽快速诊断方法,改善监测技术,以及将来的疫苗发展都将具有一定的促进作用。