维普资讯 http://www.cqvip.com 第39巷第6期 东北农业大学学报 39f6):98~1O1 2008年6月 Journal of Northeast Agricultural University June 2o08 文章编号1005—9369(2008)06—0098~04 产肠毒素大肠杆菌F5菌毛基因的克隆与表达 于 迪 ,付海兵 ,丁 琳 ,师东方 ,单安山 (1.东北农业大学动物医学学院,哈尔滨 150030;2.东北农业大学动物科学技术学院、哈尔滨 150030) 摘要:应用PCR方法从产肠毒素性大肠杆菌(ETEC)中扩增出不舍信号肽序列的F5菌毛抗原基因片段,克 隆测序后将其连接到大肠杆菌表达栽体pET一30a(+)中,转化工程菌BL21,经IIyr( 诱导表达。经SDS~PAGE和 Western Blot分析,重组蛋白在BL21中得到表达并与F5茵毛单因子血清发生明显反应 关键词:产肠毒素性大肠杆菌;F5菌毛;基因克隆;蛋白表达 中图分类号:¥852.61 2;Qvs5 文献标iRti- ̄:A 产肠毒素性大肠杆菌(Enterotoxigenic Escheri— 抗F5菌毛单因子血清,购自中国兽药监察所;载 chia coli,ETEC)是猪的一种重要肠道病原菌,常见 体pMD18-T,购自宝生物(大连)工程有限公司; 的血清型有O 、O 、O O O。 、O。叭O。 等并 表达载体pET一30a(+)、TG1菌株及受体菌BI21 具有相应的菌毛_】/。菌毛是ETEC的一个重要毒力因 由东北农业大学动物医学学院兽医微生物学与免疫 子 ,能与肠粘膜上皮细胞表面特异性受体位点相结 学实验室保存。 合,使细菌吸附于肠粘膜表面,产生肠毒素。导致 1.1.2酶及其他试剂 仔猪严重腹泻、脱水,最后衰竭死亡 。不同肠毒 限制性内切酶、DNA聚合酶,购自宝生物 性大肠杆菌菌株的菌毛抗原类型不同,主要有F4 (大连)工程有限公司;辣根过氧化物酶标记的羊抗 (K88)、F5(K99)、F6(987P)及F4l、Fl7等类型, 兔IgG、IFFG,购自Promega公司;DNA回收/纯 而在引起仔猪腹泻的肠毒性大肠杆菌(ETFC)中又以 化试剂盒,购自北京百泰克生物公司。 带有F4、F5菌毛抗原的细菌最为常见 1.2方法 肠毒素性大肠杆菌引起的仔猪腹泻给我同养 1.2.1 PCR扩增 猪业带来了严重的经济损失。 内多用带有不同 参考GenBank}二的F5菌毛编码序列(登录号: 类型菌毛的ETEC制备灭活疫苗或构建携带不同菌 M35282),利用Primer 5.0软件设计1对PCR引物 毛抗原基因的重组质粒,制备基因T程疫苗进行 P1、P2,以C83529菌株中提取的质粒为模板,扩 免疫预防l6_ 。因此,表达纯化不同菌毛蛋白作为 增出不含信号肽序列的F5菌毛基因片段。 抗原检测疫苗免疫抗体水平和制备单克隆抗体检 Pl:5 (三GATC CGAATACAGGTACT3 (Nco I: 测特异性抗原将发挥重要作用。 C鱼 ~G); 1 材料与方法 P2: 5 GCCTCGAGATTACATATAAGTGAC3 (Xho I: GAG)。 1.1材料 PCR及应参数为:95 5 rain,94 oC 1 min, 1.1.1 菌株、血清和质粒 50.8 oC 1 min,72℃45 s,30个循环,72℃10 min。 产肠毒素性大肠杆菌C83529(O㈨:K99)、兔 反应体系为(25 IxL体系):模板DNA 1 IxL, 上下游弓I物各l I , DNA聚合酶0.5 IxL, 收稿日期:2007—12-27 基金项目:尔北农业火学饺长基金、 尼汀省“{‘五”重点攻关项 PCR buffer 2.5 IxL,dNTP 2 IxL,去离子水17 L。 目(GBO5B501);黑坨江古博上后资助经费 1.2.2重组质粒的构建与筛选 作者简介:于迪(1982一),男,黑尼江人,硕上研究生 研究方 向为畜禽传染痫诊断试剂 究 含F5菌毛基因的重组质粒的构建和筛选方法 通讯作者E 1ail:shidf@neau edu.‘、n 见文献【8】 经酶切和PCR 法初步鉴定后的阳性 维普资讯 http://www.cqvip.com 第6期 于迪等:产肠毒素大肠杆菌F5菌毛基因的克隆与表达 重组质粒命名为pMD—F5。重组质粒DNA序列由 北京华大基因研究中心测定。所得序列用 DNAMEN软件进行分析,并与GenBank中已发表 的F5菌毛序列进行分析、比较。 1.2.3表达载体的构建与筛选 将pMD—F5和pET一30a(+)用Xho I和Nco 1 分别双酶切,产物连接后转化BL21基因工程菌, 涂布于LB固体培养基(Kan 30 Ixg・mL )上,37℃ 培养过夜,挑取白色菌落接种于液体LB培养基 (Kan 30 Ixg・mL )中,37℃振荡培养12 h,提取质 粒经PCR和酶切鉴定后,所得阳性菌株命名为 BL21(+F5)。 1.2.4重组蛋白的表达与检测 重组菌BL21(+F5),经IPTG(终浓度1 mmo|・L-I) 诱导4 h处理后,取1mL菌液离 ̄(12000r・min4,4℃) 1 min,弃上清,dH O洗涤1次,用PBS(pH 7.4) 悬浮细菌沉淀,加入等体积的蛋白上样缓冲液,沸 水浴10 min,离心10 min后,取上清10 L进行 SDS—PAGE分析和Western Blot.检测l91,以F5菌毛 单因子血清作为第一抗体,按1:100稀释使用;辣 根过氧化物酶标记的羊抗兔IgG抗体作为第二抗 体,按1:1 000稀释使用。将诱导后重组菌体经超 声波破碎,裂解液裂解,离心,收集上清和沉淀, 提取包涵体l81,进行SDS—PAGE分析。 2 结果与分析 2.1 F5基因的克隆及其重组质粒的鉴定 以C83529菌株的质粒DNA为模板,P1、P2 为上下游引物的PCR扩增产物经琼脂糖凝胶电泳 分析,结果显示,产物大小与预期相符(496 bp) (见图1)。重组质粒(pMD—F5)经Xho I、Nco I双 酶切,Xho I单酶切和PCR扩增的目的带大小与预 期相符(见图2)。DNA测序显示,扩增的F5菌毛 蛋白基因不含信号肽,与参考序列比较,第65位 碱基为G而不是C,其它碱基序列均与文献[10]报 道的F5菌毛蛋白基因相同,其同源性为99.80%。 2.2重组表达质粒的构建与鉴定 将 基因片段插入pET一30a(+)构建的重组表 达质粒pET—F5经Xho I、Nco I双酶切得到两条 目的带(5 368,488 bp),Kpn I单酶切得到1条目的 带(5 856bp),PCR扩增出1条目的带(496 bp),结 果与预期相符,表明 基因片段正确插入表达载 体(见图3-a、b)。 2000 bp 1000 bp 750 bp 500 bp 250bp 100 bp 1-PCR负对照;2-含F5基因的PCR产物(496 bp); 3-DL2000 DNA分子量标准 1-Negative control;2-Product of PCR(496 bp); 3-DL2000 molecular Marker 图1 F5基因片段的PCR产物 Fig.1 PCR product of F5 gene fragment 2000 bp 1000 bp 500 bp 1-PCR负对照;2一含F5基因的PCR产物(496 bp); 3-XhoI单酶切产物(3 188 bp);4一x I、NcoI双酶切产物(2 700, 488 bp);5-DL2000 DNA分子量标准 1一Negative control;2一Product of PCR(496 bp); 3-Product of recombinat plasmid pMD—F5 with Xho I(3 1 88 bp): 4一Products of recombinat plasmid pET—F5 with Xho I and Nco I f2 700,488 bp);5一DL2000 molecular Marker 图2重组质粒pMD-F5的鉴定 Fig.2 Identification of recombinat plasmid pMD-F5 1 2 3 2000 bp—+ 1000 bp—+ 500 bp—+ 96 bp 维普资讯 http://www.cqvip.com 尔北农业大学学报 第39卷 ●1000 bp ● 500 bp b al—DL2000 DNA分子量标准;a2一PCR产物(496 bp);a3一PCR负对照 bl—Xho I、Nco I双酶切产物(5 368,488 bp); b2一 n I单酶切产物(5 856 bp);b3一DI2000 DNA分子量标准; b4一DI 15000 DNA分子量标准 a 1一DL2000 DNA Marker;a2一Product of PCR(496 bp); a3一Negative control;bl—Products of recombinat plasmid pEq、-F5 with Xho I and Nco I(5 368.488 bp 1: b2一Product of recombinat plasmid pET—F5 with Kpn I(5 856 hp); b3一DL2000 DNA Marker;b4一D1 15000 DNA Marker 图3重组质粒pET—F5的鉴定 Fig.3 Identification of recombinat plasmid pET-F5 2.3 F5重组菌毛蛋白基因的表达 对诱导后重组菌和提取的包涵体,进行SDS— PAGE分析结果见图4,可以看出F5重组蛋白基 因大约在23 ku处出现明显地高水平表达,经薄层 扫描分析,该重组蛋白约占菌体总蛋白的30%, 分子量大小与理论值一致l】 I;并且证明其重组蛋白 存在于包涵体中。 卜l16 ku ・■ 66 ku ●45 ku 卜35 ku ●一25 ku 1一末诱导的BL21(+F51;2-1PTG诱导后的BL21(+F5)裂解的溶液I 清; 3、4-IPTG诱导后的B1 21(+E51;5-1VI'G诱导的pET30a(+) ̄载体; 6-8—1PTG诱导后的BL21(+F5)裂解的溶液沉淀;9-标准蛋白Marker 1-Expression product of BL2 1(+F51 with nOll—induced(:ell: 2-Supernatant lysate of BL21(+F5)induced with IIYFG:3,4一Expression product of BL2 1(+F51 induced with 1PTG;5-Expression product of pET30a(+1 induced with 1PTG:6-8一Precipitation of BL2I(+F51 induced with 1PTG;9-Standard protein Marker 图4 F5重组蛋白的SDS—PAGE电泳分析 Fig.4 SDS-PAGE analysis of F5 recombinat protein 2.4 Western Blot检测 以免抗F5菌毛因子抗血清作第一抗体,辣根过 氧化物酶标记的羊抗兔IgG抗体作第二抗体进行的 Western Blot分析结果见陶5,可看出表达的重组蛋 白与兔抗F5菌毛单因子血清能发生特异性反应。 1一},示准低分子量蛋F=1 Marker;2-BL21(+F5)表达产物; 3一pET一3Oa㈩表达产物 1一LMW Marker;2-Expression product of BL2l(+F51: 3-Expression prodnct of pET一3Oaf+1 图5 F5重组菌毛蛋白的Western Blot检测 Fig.5 Result of F5 recombinant protein detected by Western Blot ● ^ 5 诃、I 1,、^仑 近年来,国内外对ETEC的分子结构、致病机 理及免疫防治等方面进行了大量的研究。研究证 明,非侵袭性细菌进肠道后,借助位于细菌表面的 菌毛粘附在宿主小肠上皮细胞表面,繁殖并分泌毒 素。毒素进入小肠上皮细胞导致水钠代谢混乱,引 起分泌性腹泻[12-13I。ETEC菌体表面的菌毛具有抗 原活性,注射含有菌毛抗原的疫苗可以保护幼畜免 受ETEC的感染,而F5菌毛是该类致病菌所携带 的主要菌毛抗原之一lI 4_。 国内针对ETEC菌毛疫苗有许多研究…s ,现 有的K88、K99双价基因丁程疫苗在预防仔猪腹泻 方面发挥着积极的作用。目前,生产上尚缺少简 便、快速、灵敏的方法来检测免疫母猪血清或初乳 中抗体效价。用重组蛋白作检测抗原可建立特异、 敏感的检测方法,克服用全菌或提取菌毛制备检测 抗原的一些缺点。本研究表达的重组F5抗原蛋 白,经免疫印记试验证明具有良好的抗原性,可作 为含F5的基因工程疫苗免疫抗体的检测抗原。同 时,为进一步研制单克隆抗体,建立F5菌毛快速 检测方法奠定了物质。 维普资讯 http://www.cqvip.com [ 【 【 [ [ 【 [ [ [r【 第6期 J ¨ 】 于】 纠 迪等:产肠毒素大肠杆菌F5菌毛基因的克隆与表达 j 】 】 J J 引 ● l ・l0l・ chia coli[J].FEM S Microbiol Letters,1984,22:253—258. 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Key words:ETEC;F5 fimbrial;gene cloning;protein expression