溶藻弧菌主要毒力相关基因的克隆、表达及其免疫原性研究

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溶藻弧菌是人和海洋动物共感染的一种主要病原弧菌,广泛分布于海洋和河口,是中国四大海产经济鱼类之一的大黄鱼危害最严重的一种主要病原菌。可引起鱼体伤口感染、炎症反应和败血症等症状,发病率高,流行面广,造成经济损失巨大。本论文主要从溶藻弧菌主要毒力相关基因着手,通过克隆构建和体外表达,以表达的重组蛋白为抗原,制备基因工程亚单位疫苗,对由溶藻弧菌引起的大黄鱼弧菌病进行免疫预防研究。用分离菌株ZJ04107和溶藻弧菌标准参考株17700进行人工感染试验,结果证明ZJ04107菌株是大黄鱼的病原菌。经进一步的生理生化鉴定和16SrRNA基因序列的分子水平鉴定,结果表明分离株ZJ04107为溶藻弧菌。分离株ZJ04107的LD50为2.0×107CFU,标准参考株17700为8.0×107CFU。药敏试验结果表明:头孢曲松、复方新诺明、依诺沙星、氧氟沙星、四环素和壮观霉素对该分离菌有明显的抑制作用。克隆到溶藻弧菌6个主要毒力相关基因:铁调蛋白基因(fur)、鞭毛蛋白基因(flaA)、胶原酶基因(valC)、碱性丝氨酸蛋白酶基因(aspA)、外膜蛋白OmpK基因(ompK)和OmpW基因(ompW)。上述基因编码相应成熟蛋白(16.8 kDa、39.8 kDa、89 kDa、56 kDa、31.3 kDa和23.3kDa)的基因片段分别亚克隆到原核表达载体pET-30a(+),构建重组表达质粒(pET-Fur、pET-FlaA、pET-ValC、pET-AspA、pET-OmpK和pET-OmpW)。SDS-PAGE结果表明,各重组质粒在大肠杆菌BL21(DE3)中获得大量表达。带His-Tag的重组蛋白经镍亲和层析得到纯化,Western blot分析结果显示,各重组蛋白具有免疫反应性。应用生物信息学方法和相关软件,对6个主要毒力相关基因编码蛋白的高级结构分别进行了同源比较建模,预测到各蛋白质的三级结构模型,有助于进一步研究各蛋白的相关功能。应用重叠延伸剪切技术,将aspA和ompW二个基因,分别经三次PCR获得融合基因片段aspA-ompW和ompW-aspA,定向插入原核表达载体pET-30a(+)中,筛选阳性克隆,经酶切及PCR鉴定,并通过DNA测序证实,成功构建了融合基因原核表达质粒pET-AspA-OmpW和pET-OmpW-AspA。融合基因质粒在大肠杆菌中获得表达,重组融合蛋白经镍亲和层析得到进一步纯化,Western blot分析结果显示,二种融合蛋白都具有免疫反应性。将各主要毒力相关基因表达的重组蛋白(FlaA、AspA、OmpW、OmpK、OmpW-AspA)及四种重组蛋白平均组合的混合蛋白FAWK(FlaA、AspA、OmpW、OmpK、)和全菌灭活苗(FKC)作为抗原分别免疫大黄鱼,ELISA检测抗体效价结果表明,所有免疫组鱼都可检测到抗体,免疫组和非免疫对照组间差异显著(P<0.05),且在第五周各重组蛋白免疫组鱼抗体水平达到峰值,FAWK抗体水平比FKC高,OmpW-AspA产生的抗体水平和FKC基本相当,在单个重组蛋白免疫组中FlaA和OmpW诱导产生的抗体水平较高,而OmpK和AspA相对较低。攻毒试验结果表明,免疫组鱼对抗溶藻弧菌感染产生的免疫保护率以FAWK最高(85.2%),其次为OmpW-AspA和FKC(81.5%),单个重组蛋白免疫组中,以FlaA和OmpW最高(77.8%),而AspA最低(63.0%)。因此,FlaA和OmpW可作为溶藻弧菌基因工程亚单位疫苗的候选;二个及二个以上的毒力相关基因融合表达的重组蛋白(OmpW-AspA)或单个毒力相关基因表达蛋白的组合(FAWK)对免疫效果具有增强作用,为制备溶藻弧菌基因工程亚单位苗奠定基础。对铁调蛋白基因(fur)的序列特征和Fur的部分功能进行了分析。在fur基因450bp编码序列的上下游,RBS序列、-10序列、-35序列和二个潜在的转录终止子分别得到确定,序列的中段从G46位至D104位,为高度保守区域,其中包括含组氨酸丰富的铁结合模型(H3-D-H-L-V-C-L-D-C-G)。但没有发现类似于大肠杆菌fur基因中的“铁盒子”,说明fur和其他弧菌一样并不能自我调控。互补试验表明,溶藻弧菌的fur能功能性的互补fur缺陷的E.coli H1681。结合Fur的三维模型,为进一步研究fur对摄铁系统和其他毒力基因的调控等功能奠定基础。
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