发明内容
本发明的目的是提供新的猪繁殖与呼吸综合征病毒ORF5修饰基因。
本发明的另一目的是提供含有该修饰基因的重组质粒。
本发明的又一目的是提供携带该重组质粒的减毒鼠寒沙门氏菌SL-pCI-SynGP5/GP4-5。
本发明的目的通过如下技术方案实现:
猪繁殖与呼吸综合征病毒ORF5修饰基因,序列如SEQ IDNO.2、SEQ IDNO.3、SEQ IDNO.4或SEQ IDNO.5所示。
含有所述的猪繁殖与呼吸综合征病毒ORF5修饰基因的重组质粒。
所述的重组质粒优选将所述的猪繁殖与呼吸综合征病毒ORF5修饰基因插入真核表达载体pCI的Xho I和Xba I酶切位点间。
所述的重组质粒进一步优选将SEQ IDNO.3所示的猪繁殖与呼吸综合征病毒ORF5修饰基因插入真核表达载体pCI的Xho I和Xba I酶切位点间。
含有所述的重组质粒的减毒沙门氏菌SL-pCI-SynGP5/GP4-5。
本发明所述的猪繁殖与呼吸综合征病毒ORF5修饰基因在制备猪繁殖与呼吸综合征病毒疫苗中的应用。
本发明所述的含有猪繁殖与呼吸综合征病毒ORF5修饰基因的重组质粒在制备猪繁殖与呼吸综合征病毒疫苗中的应用。
本发明所述的减毒沙门氏菌SL-pCI-SynGP5/GP4-5在制备猪繁殖与呼吸综合征病毒疫苗中的应用。
本发明的有益效果:
本发明针对猪繁殖与呼吸综合征病毒(PRRSV)GP5蛋白在猪体细胞内表达效率比较低,抗原递呈作用比较弱,不能产生较强的中和抗体,免疫保护效率不理想的缺陷,通过对高致病性PRRSV SY0608毒株ORF5基因进行了3个方面的修饰和改造,设计出新的抗原分子编码基因,主要包括(1)根据哺乳动物偏嗜性,对天然的GP5基因密码子进行优化,改成哺乳动物偏嗜的密码子;(2)突变糖基化位点,将第30、34、35和51位的氨基酸N(天冬氨酸)改变成A(丙氨酸);(3)利用最新发现的PRRSV GP4和N蛋白上的T细胞表位,分别插入至GP5蛋白非中和抗原表位和中和表位中间,并构建含有该修饰基因的重组质粒,发现其在哺乳动物细胞中表达效率显著高于原始基因。所构建的重组质粒能够诱导产生较高水平的体液免疫应答、淋巴细胞增殖应答以及Th1和Th2型细胞因子应答。
将筛选得到的体液免疫应答、淋巴细胞增殖应答以及Th1和Th2型细胞因子应答水平最高的修饰基因重组质粒pCI-SynGP5/GP4-5转化至减毒鼠寒沙门氏菌,获得重组沙门氏菌SL-pCI-SynGP5/GP4-5,分别进行小鼠免疫试验和仔猪攻毒保护免疫试验,发现其较之重组质粒pCI-SynGP5/GP4-5能够诱导较高水平的抗体应答;诱导较高水平的干扰素;病毒血症水平低;攻毒后组织器官的损伤比较轻微,生物安全水平高。以上结果证明本发明所构建的减毒沙门氏菌SL-pCI-SynGP5/GP4-5在猪体实验中有良好的免疫效果,在蓝耳病的防制方面有开发和应用前景,可在制备猪繁殖与呼吸综合征病毒疫苗中应用。
附图说明
图1GP5基因的扩增,
1为Marker,2为GP5基因。
图2酶切得到的基因SynGP5、SynGP5/GP4-5和SynGP5/N-7,
1Marker,2、3、4分别为SynGP5、SynGP5/GP4-5和SynGP5/N-7。
图3SynGP5/GP4-3基因的扩增,
a、基因SynGP5-GP4-3的扩增;b、基因GP4-3-SynGP5的扩增;c、基因SynGP5/GP4-3的扩增;其中,1、3、5为Marker,2、4、6分别为SynGP5-GP4-3、GP4-3-SynGP5、SynGP5/GP4-3。
图4重组真核质粒的双酶切鉴定,
其中,1:1kb DNALadder;2:DNALadder DL2000;3:Xho I和Xba I双酶切的pCI-neo载体;4:Xho I和Xba I双酶切的pCI-GP5重组质粒;5:Xho I和Xba I双酶切的pCI-SynGP5重组质粒;6:Xho I和Xba I双酶切的pCI-SynGP5/GP4-5重组质粒;7:Xho I和Xba I双酶切的pCI-SynGP5/N-7重组质粒;8:Xho I和Xba I双酶切的pCI-SynGP5/GP4-3重组质粒。
图5Western blot鉴定蛋白的表达,
其中,1:pCI-neo载体转染HEK-293A的细胞裂解产物;2:pCI-GP5重组质粒转染HEK-293A的细胞裂解产物;3:pCI-SynGP5重组质粒转染HEK-293A的细胞裂解产物;4:pCI-SynGP5/GP4-5重组质粒转染HEK-293A的细胞裂解产物;5:pCI-SynGP5/N-7重组质粒转染HEK-293A的细胞裂解产物;6:pCI-SynGP5/GP4-3重组质粒转染HEK-293A的细胞裂解产物。
图6重组真核质粒诱导抗体应答;
其中,a:ELISA抗体应答;b:中和抗体应答。
图7重组真核质粒免疫鼠诱导的淋巴细胞增殖应答。
图8重组真核质粒免疫鼠脾细胞体外诱导的细胞因子应答,
其中,a:IFN-γ;b:IL-4。
图9重组沙门氏菌质粒的双酶切鉴定,
其中,1:DNALadder DL2000;2:Xho I和Xba I双酶切的pCI-SynGP5/GP4-5。
图10免疫猪外周血淋巴细胞体外诱导的细胞因子检测。
图11攻毒后各免疫组及对照组的平均体温变化。
图12攻毒后各组的病毒血症检测。
图13攻毒后各组的肺脏组织病理学观察。
具体实施方式
实施例1猪繁殖与呼吸综合征病毒ORF5基因修饰及其真核表达质粒的构建与鉴定
1.1引物设计
根据PRRSV SY0608毒株GP5基因序列(GenBank::EU144079.1)设计合成一对特异性引物SY GP5.1和SY GP5.2,以pShuttle-GP5质粒(李玉峰,姜平,等.猪繁殖与呼吸综合征病毒GP5蛋白重组腺病毒的构建与免疫原性测定[J].中国病毒学,2006,21(4):364-367)为模板,扩增GP5基因。
上游引物SY GP5.15’-ATTCTCGAGATGTTGGGGAAGTGC-3’(SEQ ID NO.6),
下游引物SY GP5.25’-CGATCTAGACTAGAGACGACCCCATT-3’(SEQ ID NO.7),分别在上、下游引物的5’端引入限制性酶切位点XhoI、XbaI,以上引物由上海英骏生物技术有限公司合成。
1.2PCR扩增GP5目的基因片段
取模板pShuttle-GP5质粒0.5μL,加入PCR混合液24.5μL(2.5μL10×buffer、2μL dNTP(2.5mM)、1.5μL Mg2+(25mM)、两条引物(SEQ ID NO.6和SEQ ID NO.7)各1μL(20pM)、0.2μL Taq酶(2.5U)、灭菌双蒸水16.3μL)。反应循环参数:94℃预变性10min;94℃变性45s;58℃退火30s;72℃延伸30s,共进行35个循环;然后72℃延伸10min。1%琼脂糖凝胶电泳观察扩增产物(结果见图1)。回收PCR产物,-20℃保存备用。
1.3修饰的ORF5基因的获得
人工合成了3条修饰的ORF5基因:第一条是SynGP5,在天然的GP5基因(SEQ ID NO.1)的基础上按哺乳动物偏嗜,又修改了糖基化位点,即第30、34、35和51位的氨基酸将N改变成A所得,序列如SEQ ID NO.2所示;第二条是SynGP5/GP4-5,在SynGP5的基础上,第32、33个氨基酸间再插入GP4-5(氨基酸序列:CLFAILLAI;核苷酸序列:TGTCTTTTTGCCATCCTACTGGCAATT(SEQ ID NO.8))所得,序列如SEQ ID NO.3所示;第三条是SynGP5/N-7,在SynGP5的基础上,第32、33个氨基酸间插入N-7(氨基酸序列:VRHHFTPSE;核苷酸序列:GTCAGGCATCACTTTACCCCTAGTGAG(SEQ ID NO.9))所得,序列如SEQID NO.4所示。合成时,在目的基因的两端加入了Xho I和Xba I的酶切位点,通过Xho I和Xba I两个酶切位点,把该基因片段克隆入真核表达载体中,获得的的质粒分别命名为pTG19T-SynGP5、pTG19T-SynGP5/GP4-5和pTG19T-SynGP5/N-7,通过双酶切的方式获得基因SynGP5、SynGP5/GP4-5和SynGP5/N-7,结果见图2。
1.4重叠PCR扩增SynGP5/GP4-3
以SynGP5/N-7为模板,用以下引物将N-7突变为GP4-3(氨基酸序列:LLVGFKCFV;碱基序列:CTCTTGGTTGGTTTTAAATGTTTCGTG(SEQ ID NO.10)),扩增SynGP5/GP4-3,具体方法为:首先以SynGP5/N-7为模板用引物SynGP5/GP4-3.1:5’-ATTCTCGAGATGTTGGGCAAGTG-3’(SEQ ID NO.11)和SynGP5/GP4-3.2:5’-CACGAAGCACTTGAAGCCCACCAACAGGCTGGCGGCGGCCAG-3’(SEQ ID NO.12)扩增得到SynGP5-GP4-3;再以SynGP5/N-7为模板,用引物SynGP5/GP4-3.3:5’-CTGTTGGTGGGCTTCAAGTGCTTCGTGAACGCCGCCAGCTCC-3’(SEQ ID NO.13)和SynGP5/GP4-3.4:5’-TTATCTAGACTACAGGCGGCCCC-3’(SEQ ID NO.14)扩增得到GP4-3-SynGP5。扩增SynGP5-GP4-3和GP4-3-SynGP5的PCR反应循环参数:94℃预变性10min;94℃变性45s;50/56℃退火30s;72℃延伸30s,共进行35个循环;然后72℃延伸10min。两个PCR产物有GP4-3这个重叠部分。两个PCR产物回收并纯化后,与Melting solution混合,置于94℃水浴锅10min,等水浴锅自然冷却后,收起产物作为PCR模板,混合体系如下:
以SynGP5-GP4-3和GP4-3-SynGP5的混合产物作为模板,用引物SynGP5/GP4-3.1(SEQ IDNO.11)和SynGP5/GP4-3.4(SEQ ID NO.14)扩增得到SynGP5/GP4-3。该PCR体系为:PCR取模板4μL,加入PCR混合液21μL(2.5μL10×buffer、2μL dNTP(2.5mM)、1.5μL Mg2+(25mM)、两条引物各1μL(20pM)、0.2μLTaq酶(2.5U)、灭菌双蒸水12.8μL)。反应循环参数:52℃退火30s;72℃延伸45s;94℃变性45s;58℃退火30s;72℃延伸45s,共进行35循环;然后72℃延伸10min。1%琼脂糖凝胶电泳观察扩增产物SynGP5/GP4-3,结果见图3。
1.5重组真核质粒的构建与鉴定
将PCR扩增的GP5、SynGP5/GP4-3基因和酶切的SynGP5、SynGP5/GP4-5、SynGP5/N-7基因回收并纯化,同时对pCI-neo真核载体(Promega)进行XhoI和XbaI酶切与回收,然后将各段基因分别连接入pCI-neo载体的XhoI和XbaI之间,分别得到重组质粒pCI-GP5、pCI-SynGP5、pCI-SynGP5/GP4-5、pCI-SynGP5/N-7和pCI-SynGP5/GP4-3,通过XhoI和XbaI双酶切以及测序对重组质粒进行鉴定,酶切鉴定结果见图4,测序结果显示GP5基因序列为SEQ ID NO.1,SynGP5基因序列为SEQ ID NO.2,SynGP5/GP4-5序列为SEQ ID NO.3,SynGP5/N-7基因序列为SEQ ID NO.4,SynGP5/GP4-3基因序列为SEQ ID NO.5。
将构建好的重组质粒转染HEK-293A细胞(购自QbioGen公司)。细胞裂解产物经12%SDS-PAGE电泳后,用猪繁殖与呼吸综合征病毒GP5蛋白中和性单克隆抗体5F12(马苏,戴建君,李玉峰,等.猪繁殖与呼吸综合征病毒GP5蛋白中和性单克隆抗体的制备与免疫学特性测定[J].南京农业大学学报,2008,31(1):72-76)进行Western blot分析,发现转染pCI-SynGP5、pCI-SynGP5/GP4-5、pCI-SynGP5/N-7和pCI-SynGP5/GP4-3的细胞在相应大小处有目的条带,pCI-GP5在目的位置的条带不明显,pCI-neo在目的位置没有条带(结果见图5),证明上述GP5基因经修饰后在哺乳动物细胞表达效率更高。
实施例2表达修饰的GP5蛋白的真核质粒DNA小鼠免疫特性研究
2.1真核表达质粒的大量制备
利用碱裂法大量提取质粒,用分光光度计测定OD260和OD280,计算各重组真核质粒含量和纯度。DNA含量(μg/mL)=样品稀释倍数×50×OD260。
2.2小鼠分组与免疫实验
取6-8周龄雌性Balb/c小鼠70只,分为7组,每组10只。第一组为阴性对照组,注射PBS,第二、三、四、五、六、七组分别腿部肌肉注射免疫pCI-neo、pCI-GP5、pCI-SynGP5、pCI-SynGP5/GP4-5、pCI-SynGP5/N-7和pCI-SynGP5/GP4-3,剂量为每只小鼠免疫100μg,首免第21、42天后分别以相同的剂量加强免疫(免疫质粒前24h,腿部肌肉注射2%盐酸利多卡因,50μL/只)。
2.3免疫后各反应指标的检测
分别于首次免疫后42和63d采血测定ELISA抗体和中和抗体;取脾脏,分离淋巴细胞,测定淋巴细胞增殖反应;并测定脾脏淋巴细胞体外刺激后细胞因子应答。
2.4结果
2.4.1体液免疫应答
将重组真核质粒免疫Balb/c小鼠,首免后6周各组均可检测到ELISA抗体,首免后9周ELISA抗体达到较高的水平,结果见图6a,其中,pCI-SynGP5和pCI-SynGP5/GP4-5免疫组抗体显著高于其它免疫组(P<0.01),其次为pCI-SynGP5/N-7免疫组;pCI-GP5和pCI-SynGP5/GP4-3免疫组抗体水平较低,pCI-neo和阴性对照组均未产生一定的特异性ELISA抗体。中和试验结果(图6b)显示,首免后9周可检测到中和抗体,其中,pCI-SynGP5/GP4-5免疫组中和抗体最高,平均达到1∶22,显著高于其他各组(P<0.05),其次为pCI-SynGP5/N-7、pCI-SynGP5/GP4-3和pCI-SynGP5免疫组,pCI-GP5免疫组产生的中和抗体较低,pCI-neo和阴性对照组均未产生一定的特异性中和抗体。
2.4.2淋巴细胞增殖应答
分别在首免后6周和首免后9周分离鼠的淋巴细胞,进行PRRSV特异性的淋巴细胞增殖试验,结果表明,首免后6周各组均没有淋巴细胞的特异性的增殖,首免后9周可检测到各组的淋巴细胞增殖应答,其中,pCI-SynGP5/GP4-5免疫组的淋巴细胞增殖应答显著高于其他各免疫组(P<0.05),pCI-SynGP5/N-7、pCI-SynGP5/GP4-3和pCI-SynGP5免疫组的淋巴细胞增殖应答水平依次降低,阴性对照组、pCI-neo和pCI-GP5免疫组均未产生淋巴细胞的增殖。该结果说明,修饰的ORF5基因可以诱导小鼠产生淋巴细胞增殖应答,其中pCI-SynGP5/GP4-5更能提高细胞免疫应答(结果见图7)。
2.4.3细胞因子应答
应用美国R&D公司的小鼠细胞因子(IL-4及IFN-γ)ELISA检测试剂盒,检测免疫鼠的脾细胞体外经特异性PRRSV抗原刺激后细胞因子分泌水平。首免后9周可从各组刺激孔的细胞上清中检测出细胞因子的应答,其中,pCI-SynGP5/GP4-5免疫组产生的IL-4及IFN-γ细胞因子应答显著高于其他各免疫组(P<0.05),其次为pCI-SynGP5/N-7、pCI-SynGP5/GP4-3和pCI-SynGP5免疫组,pCI-GP5免疫组中IL-4及IFN-γ的分泌量较低,阴性对照组和pCI-neo免疫组的最低,如图8a和图8b。结果表明,修饰的ORF5基因可以诱导小鼠产生细胞因子应答,其中,pCI-SynGP5/GP4-5免疫组诱导产生的Th1和Th2型细胞因子应答最高(结果见图8)。
实施例3表达修饰的GP5蛋白的真核质粒及其重组减毒沙门氏菌对仔猪的免疫特性研究
3.1重组减毒沙门氏菌的构建及鉴定
制备减毒沙门氏菌SL3263(猪霍乱沙门氏菌C500弱毒株,中国兽医药品监察所,下同)的感受态细胞,然后通过电转化将重组质粒转移入减毒沙门氏菌SL3263中,转化后,将转化产物涂布含50μg/mL氨苄青霉素抗性的LB平板,37℃过夜培养。挑取转化出的单个菌落在含50μg/mL氨苄青霉素的LB液体培养基中培养至OD600nm=1.0;采用碱裂法提取质粒,然后双酶切鉴定,证明获得重组减毒沙门氏菌SL-pCI-SynGP5/GP4-5(图9)。
3.2猪体免疫和攻毒保护实验
将30头仔猪随机分为6组,每组5头,隔离饲养。第1组接种英国勃林格殷格翰公司的PRRSV活疫苗(1头份/头),第2组接种质粒pCI-SynGP5/GP4-5(500μg/头),第3组接种质粒pCI-neo(500μg/头),前三组均为颈部肌肉免疫,第4、5组分别口服免疫SL-pCI-SynGP5/GP4-5(108CFU/mL)和减毒沙门氏菌SL3263(108CFU/mL),2mL/头,第6组设为攻毒对照,免疫PBS。除了第1组,其余各组在两周后进行第二次免疫。二免后两周所有组用PRRSV SY0608(CGMCC No.4932)强毒株攻毒,每头猪滴鼻3mL TCID50为10-5.0/mL的病毒液,每个鼻孔各1.5mL。
3.3免疫和攻毒后各项指标的检测
分别在首次免疫后14天(二免前)、28天(攻毒前)及攻毒后第7天、14天、21天采血,分离血清,用于PRRSV特异性ELISA抗体、中和抗体、血清中细胞因子及病毒血症检测。攻毒后每日观察记录猪的临床表现,测量每只猪直肠体温。所有组实验动物于攻毒后21天剖检,观察并记录肺脏病理变化,采集肺脏样品用于制备组织病理切片。
3.4结果
3.4.1PRRSV特异性的ELISA及中和抗体测定
结果见表1,,由表1可见:首免后2周,各组均未检出ELISA抗体和中和抗体,首免后4周,PRRSV活疫苗免疫组的ELISA抗体水平达到了1∶800,中和抗体水平为1∶4,其余各组中,除了SL-pCI-SynGP5/GP4-5免疫组产生了1∶100的ELISA抗体水平,其他各组的抗体水平均未检出。此结果说明,与PRRSV活疫苗免疫组相比,SL-pCI-SynGP5/GP4-5免疫组诱导产生了较低的体液免疫应答,pCI-SynGP5/GP4-5、pCI-neo、SL3263和攻毒对照组都没有产生有效的体液免疫应答。
表1试验猪ELISA及中和抗体测定结果
3.4.2细胞因子的检测
应用英骏公司的猪细胞因子(IL-4及IFN-γ)ELISA检测试剂盒,检测细胞因子的含量。首免后2周,各组血清中均未检测出IFN-γ和IL-4的分泌。首免后4周,免疫猪的外周血淋巴细胞体外经特异性PRRSV抗原刺激后,各组上清中均能检测到IFN-γ的分泌,其中,PRRSV活疫苗免疫组的分泌量最高,其次为SL-pCI-SynGP5/GP4-5免疫组,差异显著性分析结果表明,SL-pCI-SynGP5/GP4-5免疫组与其他各组(除了PRRSV活疫苗免疫组)的差异均显著(P<0.05),pCI-SynGP5/GP4-5免疫组、pCI-neo免疫组、SL3263免疫组和攻毒对照组产生的IFN-γ量较低。与此同时,各组上清中均未检出IL-4的细胞因子应答(结果见图10)。
3.4.3攻毒猪临床表现及体温变化
攻毒后,pCI-neo、SL3263免疫组和攻毒对照组体温升高至40-40.5℃,并持续一周左右,同时表现出食欲不振、喜卧、呼吸困难、咳嗽、轻度腹泻等临床症状;pCI-SynGP5/GP4-5免疫组的体温升高至40℃左右,也出现类似的临床症状;而PRRSV活疫苗免疫组和SL-pCI-SynGP5/GP4-5免疫组只是间断地有两三天的体温达到39.5℃,均没有出现类似明显的临床症状(结果见图11)
3.4.4病毒血症检测
与pCI-neo免疫组、SL3263免疫组和攻毒对照组相比,接种pCI-SynGP5/GP4-5、PRRSV活疫苗和SL-pCI-SynGP5/GP4-5的猪攻毒后7d血液中PRRSV RNA含量有明显的降低,差异极显著(P<0.01)。SL-pCI-SynGP5/GP4-5免疫组攻毒后7d血液中PRRSV RNA含量显著低于pCI-SynGP5/GP4-5免疫组(P<0.05)。攻毒后14d除对照组外,各组血液中病毒含量明显降低。该结果说明,SL-pCI-SynGP5/GP4-5、pCI-SynGP5/GP4-5和PRRSV活疫苗免疫组在一定程度上降低了病毒的感染,并且将减毒沙门氏菌作为载体后可提高质粒DNA对机体的免疫保护作用(结果见图12)。
3.4.5攻毒猪肺脏肉眼病变及组织病理学变化
攻毒后3周宰杀所有实验猪,观察肺脏的大体病变,结果为:pCI-neo免疫组、SL3263免疫组和攻毒对照组猪肺脏明显间质增宽、出血,pCI-SynGP5/GP4-5免疫组有一定程度的病变,而SL-pCI-SynGP5/GP4-5和PRRSV活疫苗肺脏病变很不明显(表2)。
肺脏组织病变观察结果为:pCI-neo免疫组、SL3263免疫组和攻毒对照组所有猪均出现明显的肺泡壁增厚、单核细胞浸润、支气管分泌物增多和肺泡水肿等间质性肺炎(图13c、图13e、图13f),pCI-SynGP5/GP4-5免疫组病变较轻微(图13b),而SL-pCI-SynGP5/GP4-5和PRRSV活疫苗肺脏病变很不明显(图13d、图13a),各组病变情况判定见表2。
表2试验猪肺脏大体病变和组织病理学变化
-,没有病变;+,轻度病变;++,中度病变;+++,严重病变
生物材料保藏信息
SY0608,分类命名为猪繁殖与呼吸综合征病毒与2011年6月7日保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心,简称CGMCC,地址为北京市朝阳区北辰路1号院3号,中国科学院微生物研究所;保藏编号为CGMCC No.4932。