结核分枝杆菌Rv2626c基因的表达、纯化和鉴定
2021-06-19
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第9卷第8期2009年4月 1671—1819(2009)8-2051-05 科学技术与工程 @Vo1.9 No.8 Apr.2009 Science Technology and Engineering 2009 Sci.Tech.Engng. 医药卫生 结核分枝杆菌Rv2626c基因的表达、纯化和鉴定 张薇王丽梅 柏银兰康健何俊杰徐志凯 (第四军医大学微生物学教研室,西安710032) 摘要克隆结核分枝杆菌Rv2626c基因,构建其原核表达载体,并进行表达、纯化及鉴定。采用聚合酶链反应(PCR)方法从 结核分枝杆菌H37Rv基因组中扩增出Rv2626c基因片段,克隆入pMD18一T载体,序列测定正确后亚克隆入原核表达载体 pPro.EXHTb,转化入E Coli DH5ot,经IPTG诱导表达,SDS—PAGE分析后与抗His单抗进行Western-blot,以Ni—NTA亲和层析 纯化目的蛋白。PCR扩增获得的目的基因为432bp,与预期大小一致,测序与Genebank公布的基因序列完全一致。成功构建 原核表达载体pPro.EXHTb-2626c,转化E Coli DH5ct后能特异性表达目的蛋白,大小约16KD,与理论值相一致。蛋白可溶性 分析表明该蛋白主要以可溶性方式存在,纯化蛋白经Western.blot鉴定有特异性反应条带。成功构建结核分枝杆菌Rv2626c 原核表达载体pPro—EXHTb-2626c,并获得纯化的目的蛋白,为研究新型结核疫苗的靶抗原奠定了基础。 关键词结核分枝杆菌 抗原 原核表达 纯化 中图法分类号R378.911; 文献标志码A 目前全球约1/3人口持续感染结核分枝杆菌 (MTB),我国约有4亿MTB持续感染者,其中 5%一1O%有可能发展为活动性结核病(TB),是TB 1材料与方法 1.1材料 的重要来源和传染源 。MTB以休眠状态在体 内长期存在是造成MTB持续感染的重要原因 。 MTB毒株H37Rv基因组DNA、E.coli DH5et和 研究发现,MTB在休眠状态时,其基因组中由MTB 的休眠调节子DosR(dormancy regulon)调控的48个 编码基因被特异性的上调转录表达,其特异性表达 的蛋白称为持续感染期抗原(1atency antigens)或 DosR抗原 J。Rv2626e是上述MTB在休眠期特异 表达的蛋白之一,表达纯化该蛋白有助于进一步研 pPro—EX HTb质粒均为本室保存;rTaq DNA聚合 酶,dNTPs,T4 DNA连接酶,HindⅢ,BamHI,DNA Marker DI2000,pMD18一T载体购自Takara公司; DNA片段胶回收试剂盒、质粒小量抽提试剂盒购自 Omega公司;Ni—NTA亲和层析柱购自QIAGEN公 司。辣根过氧化物酶标记的羊抗鼠IgG、6×His单 究其生物学特怅免疫学特性及与MTB休眠的关 系,并将为TB的诊断和防治的靶抗原筛选奠定研 究基础。 2008年12月30日收到 国家自然科学基金(30801055)、 (30500432)资助 第一作者简介:张 薇(1977~),女,博士,讲师,主治医师。 E—mail:vivian@fmmu.edu.cn。 克隆抗体购自北京天根公司。 l-2方法 1.2.1 引物设计 根据Genebank公布的MTB Rv2626c全基因序 列如下设计引物,上游:5’一CG GGATCC ATG ACC ACC GCA CGC-3’,含BamH I酶切位点;下游:5’一 AGC AAGCTF CTA GCT GGC GAG GGC-3’,含Hind Ⅲ酶切位点。均由北京鼎国公司合成。 1.2.2 Rv2626c基因的扩增、克隆及测序 通信作者简介:徐志凯,博士生导师,教授。E-mail:zhikaixu@fm— mu.edu.cn;T丽梅,博士,讲师。E—mail:limwang@tom.corn。 以MTB H37Rv菌株的基因组DNA为模板,进 2052 科学技术与工程 9卷 行PCR扩增。PCR反应体系为:10×PCR buffer 5 L,dNTPs 2 L(2.5 mmoL/L ,DNA模板1 L,上 10 min,分别收集上清及沉淀制样,进行12%SDS. PAGE分析目的蛋白的可溶性。根据目的蛋白的可 溶性分析结果,使用QIAGEN公司的Ni—NTA纯化 试剂盒纯化目的蛋白。取诱导菌超声裂解的上清, 下游引物各1 L及rTaq酶0.5 L,加水至50 L。 PCR条件:95℃变性5 min,94℃15 S,58℃30 s,72% 50 s,共30个循环,72℃延伸5 min。所获得PCR扩 增片段经琼脂糖凝胶电泳回收后克隆人pMD18一T 用Ni—NTA亲和色谱纯化,洗脱液洗脱吸附蛋白。 将收集的洗脱液用PBS 4℃透析后,一20℃保存 载体,BamH I和HindⅢ双酶切鉴定,阳性克隆命名 为pMD18一T—Rv2626e,序列测定由北京奥科生物技 术有限公司完成。 1.2.3 目的基因的原核表达载体构建 用BamHI和HindlII双酶切pMD18一T- Rv2626c,回收的目的片段与同样酶切的pPro— EXHTb载体连接,转化E.Coli DH5a感受态细胞。 随机挑选2个菌落,分别接种于5 mL含100 ̄g/mL 氨苄青霉素的LB培养液,37℃振荡培养过夜。碱 裂解法提取质粒DNA,用BamHI和HindlII双酶切, 琼脂糖凝胶电泳鉴定重组质粒,阳性克隆命名为 pPro—EX HTb—Rv2626c。 1.2.4重组质粒的诱导表达 将含重组质粒pPro.EXHTb—Rv2626c的单个菌 落接种于含氨苄青霉素(100 rag/L)的LB培养液 中,37 ̄C振荡培养过夜。次日取50 加到5 mL含 氨苄青霉素的LB培养液中,37℃振摇至A600nm= 1,留下诱导前对照样本后,加入IPTG至终浓度为 1 mmoL/L,37 ̄C诱导3 h后集菌,以2×凝胶加样缓 冲液50 L悬浮,煮沸10 min,离心后取10 L上清 进行12%SDS.PAGE分析。 1.2.5 目的蛋白的Western—blot分析 将上述制备的样品进行12%SDS—PAGE后以 0.15 mA恒流电转2 h转至硝酸纤维素膜上。用 50 g/L脱脂奶封闭2 h,PBS洗涤后加抗His的单克 隆抗体(1:5 000稀释)4 ̄C过夜,PBS洗涤后加入 HRP标记的羊抗鼠IgG抗体,37℃孵育1 h。PBS洗 涤后DAB显色观察结果。 1.2.6 目的蛋白的可溶性分析及纯化 阳性重组菌的诱导表达方法按上述步骤进行, 体积扩大至100 mL。取2 mL诱导后的菌液集菌, PBS100 L重悬,超声裂解后10 000 r/min离心 备用。 2结果 2.1 Rv2626c基因的扩增、克隆及测序 以MTB H37Rv基因组DNA为模板,用合成的 Rv2626基因引物进行PCR扩增,成功扩增出与预 期一致的目的基因片段,大小为432 bp。将PCR扩 增产物与pMD18一T载体连接并进行测序(图1),测 序结果表明目的基因序列与GenBank公布的序列 完全一致。 M 2 000 l 000 750 500 250 100 M—DNA maker DL2000;1一日。mH I和Hind Ill双酶切重组质粒 pMD18-T—Rv626e;2--Rv2626c基因的PCR产物 图1 Rv2626c基因PCR产物和重组质粒 pMD18一T—Rv2626c酶切鉴定 2.2原核表达载体的构建及表达 将测序正确的阳性克隆质粒经酶切后与同样 酶切的原核表达载体pPro—EXHTb连接,转化E.c0一 如DH5a感受态细胞,随机挑选2个阳性克隆进行 酶切鉴定,结果均可切出与预期一致的432 bp基因 片段,阳性重组质粒命名为pPro—EXHTb-Rv2626e (图2)。用IPTG诱导蛋白表达,含pPro—EXHTb— 8期 张薇,等:结核分枝杆菌Rv2626c基因的表达、纯化和鉴定 2053 Rv2626c质粒的重组菌诱导后在蛋白分子量约 16kD处有明显特异性蛋白条带,与预期大小一致,而 空载体菌和未诱导菌均无此特异性表达条带(图3)。 2 O O 0 O 4 H 4 2 000 l 000 750 500 250 1OO M--DNAmarker DI2000:1— mH I和Hindm 双酶切重组质粒pPro—EXHTb—Rv2626c 图2重组质粒pPro-EXHTb-Rv2626e双酶切鉴定 M 0 2 O O O O 4 4 KDa M l 2 3 M一蛋臼分垣“Hd ;l一诱导 奎|.戋体匿;2_未 }的pP ̄EXlflb-2fi26c 质粒重组菌;3诱导的pPro—EXHTb-2626c质粒重组菌 图3诱导表达产物的SDS—PAGE分析 2.3 目的蛋白的Western-blot分析 pPro—EX HTb是含有6×His的原核表达载体, 因此pPro—EX HTb—Rv2626c重组载体所表达的目的 蛋白是含有6×His的融合蛋白。用鼠源性的6× His单克隆抗体为一抗,羊抗鼠的IgG为二抗进行 目的蛋白的Western—blot分析,结果在蛋白分子质量 约16kD处有特异性印迹条带(图4)。 2.4 目的蛋白的纯化 蛋白可溶性分析表明,目的蛋白主要以可溶性 M一蛋白分子量marker;1--空载体菌;2一诱导表达产物 图4表达产物的Westenr—blot鉴定 形式存在于菌体上清中(图5)。用Ni—NTA亲和层 柱在非变性条件下纯化目的蛋白,经SDS—PAGE分 析和凝胶薄层扫描显示,纯化蛋白纯度达到90%以 上(图6)。 锄 如如 H “ ・一16KD M一蛋白分子量marker;1—诱导菌超声裂解后沉淀; 2一诱导菌超声裂解后上清 图5融合蛋白的可溶性分析 M一蛋白分子量marker;1,2--Rv2626c纯化蛋白 图6纯化蛋白的SDS—PAGE分析 2 ● O科学技术与工程 9卷 3讨论 有效控制长期处于持续感染状态的MTB是目 前TB防治的关键,而造成机体长期处于结核持续 将之用于TB的的新型疫苗研究和诊断试剂等方面 奠定了基础。 参考文献 感染状态是由于MTB在体内长期以休眠菌状态存 在 』。MTB休眠菌可特异性表达与休眠相关的蛋 白。Voskuil等人 研究发现,MTB在休眠状态时即 微氧,厌氧或低浓度的NO条件下,其基因组中的48 个编码基因被特异性的上调转录表达,由MTB的休 眠调节子DosR调控,其特异性表达的48个蛋白称 为持续感染期抗原或DosR抗原。Shi等人 研究 也发现当MTB处于持续感染期或进入非增殖状态 1 Flynn J L.Chan J.Tuberculosis:latency and reactivation.Infect Im— mun,2001;69(7):4195—420l 2刘剑君,幺鸿雁.我国结核病的流行现状和防治对策.预防医学 论坛,2006;12(5):638—64O 3 Fine P EM.Variationin protection by BCG:implications ofandfor heterologous immunity.Lancet,1995;346(8986):1339--1345 4 VoskullMI,SchnappingerD,ViscontiK C,et .Inhibition ofrespi— r ̄ion by nitric oxide induces a Mycebacterium tuberculosis dormancy program.J Exp Med,2003;198(5):705—713 5 Shi L,Jung Y J,Tyagi S,et a/.Expression ofThl・mediated imuniy t时,其在感染早期或增殖期高度表达的一些抗原 (如Ag85B)的表达是减少的,而此时则出现一些与 in mouse lungs induces a Mycobacterium tuberculosis transcfiption pattern characteristic of nonreplicating persistence.PNAS,2003;100 休眠相关的抗原的大量表达,这些抗原即为前述的 休眠相关抗原或称持续感染期抗原,这些抗原对体 (1):241—_246 6 Leyten EM,LinMY,FrankenKL,et a1.HumanT—cellrcsponsesto 内MTB休眠菌的存活是必须的。Leyten等人【6 以 48个持续感染期抗原刺激MTB持续感染者的T细 胞,发现包括Rv2626c在内的8个抗原可强烈地刺 25 novel antigens encoded by genes of the dormancy regulon of Myco- bacterium tuberculosis.Microbes Infect,2006;8(8):2052--2060 7 Roupie V,Romano M,Zhang L,et .Immunogenieity of eight dor- mancy regulon—encoded proteins of Myeobacterim tuuberculosis in DNA—vaccinatd aend Tuberculosis.infcteed Mice. Infct/ennnun, 激MTB持续感染者的T细胞增殖,释放IFN.^y和 IL-2。小鼠实验表明,MTB持续感染的小鼠对 Rv2626c可产生强烈的1111型的免疫应答 。因 2007;75(2):941—949 8 Wang Limei,Shi Changhong,Fan Xionglin,et a1.Construction,ex- 此,筛选有效的持续感染期抗原作为TB新型疫苗 的候选抗原将对控制持续性的MTB感染起着重要 作用,而Rv2626c等则是其中的主要免疫优势抗原。 因此,克隆了Rv2626c基因构建了其原核表达 载体,并成功地在E.coli表达,获得了纯度较高的纯 化蛋白。Rv2626c蛋白的成功表达和纯化为下一步 pression and imunogeniciy tof recombinant Myeobacterium beds ba— eiUus calmette—gue in stfrains secretingtheantigen ESAT ̄fromMy— cobacterium tuberclosius.Chin Med J(Ear1),2007;120(4): l22O—l225 9师长宏,安家泽,王晓武,等.表达Ag85B—ESAT6的重组BCG在 小鼠体内诱导的免疫应答及保护力.中华结核和呼吸杂志, 2006;29(11):788—_789 Expression,Purification and Identification of Rv2626c Protein from Mycobacterium tuberculosis ZHANG Wei,WANG Li—mei ,BAI Yin—lan,KANG Jian,HE Jun-jie,XU Zhi—kai’ (Department of Microbiology,Fourth Military Medical Univemity,Xi’all 710032,P.R.China) [Abstract]The Rv2626e gene of Mycobacterium tuberculosis H37Rv was ifrstly amplified by PCR from genome 0f M.tuberculosis H37Rv strain and then cloned into pMD18一T vector.After sequencing。the gene fragment diges。 ted by BamHI and H/nd II1 was subcloned into the prokaryotic expression vector pPro—EXHTb and expressed in 8期 张薇,等:结核分枝杆菌Rv2626c基因的表达、纯化和鉴定 2055 E.coli DH5 a.The expressed protein was identified by SDS—PAGE analysis and Western—blot using monoclonal anti— body against 6 x His,and the recombinant 6 x His fused protein was puriied by Ni—NTA purfification system.It was demonstrated that the size of he PCR productt was 432 bps and the sequence was identical to that of the Rv2626c gene in GenBank.The SDS—PAGE showed that,the relative molecular mass of this protein was consistent with the predicted.In Western-blot analysis.a speciifc binding band of this protein with 6×His mAb could be detected at the corresponding site wih rtelative moleculr massa of 16 kDa.It is evident that he Rv2626c prtotein was success— fully expressed and purified in the supernatant of coli DH5a.and it may be used as the target antigen for the no- vel vaccine against TB. [Key words]Mycobacterium tuberculosis(MTB) antigen prokaryotie expression puriifcation (上接第2046页) 16S rDNA Phylogeny of Adherent Bacteria Isolated from the Surfaces of Enteromorpha prolifera in Qingdao Sea LIU Jie,WANG Xiao—shan,WANG Neng—fei ,CHEN Zhuo (Department ofBioengineering and Biotchnoleogy,Qingdao University ofScience&Technology,Qingda0 266042,P.R.China; The First Institute of Oceanography,State Oceanic Administration ,Qingdao 266061,P.R.China) [Abstract] Eighteen adherent bacteria strains isolated from he surtfaces of Enteromorpha prolifera grown in Qing— Dao sea,were analyzed by 16S rRNA gene sequencing.The diverse state of adherent bacteria during the decline phase of Enteromorpha prolifer are unde ̄tood.The results showed that seven strains are distributed in four genus of two familys in ot-proteobacteria respectively.Seven strains are distributed in three genus of three familys in T-pro— teobacteria respectively;Four strains belong to three genus of Flavobacteriaceae,Microbacteriaceae and Bacillaceae respectively.In addition,for its sequence similarity of 16S rDNA were less than 97%comparing to other species, strains QDHT一1,QDHT-5,QDHT-7 and QDHT一1 3 would be new species.This resulst demonstrate that,during the decline phase of enteromorpha prolifera,there have great diversitities in its adherent bacteria. [Key words] Enteromorpha prolfiera adherent bacteria phylogeny diversity (上接第2050页) plasmid successfully.After screening by G418,the P815 cell lines were established to express MPT64 stably.The mpt64 gene was ampliifed RT—PCR from the transfected cell lines.The expression of MPT64 protein in cell lines was established by indirect immunofluorescence and Western—blot analysis showed that he aitm protein was bouta 26 kDa.It is Conclused that cell lines for stable expressing Mycobacterium tuberculosis mpt64 gene are constructed sue- cessfully and could be used orf the evaluation study or ftuberculosis vaccines. [Key words] Mycobacterium tuberculosis arpt64 cell expression