CN103288934B - 一种副猪嗜血杆菌免疫保护性抗原HbpA - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种副猪嗜血杆菌免疫保护性抗原的鉴定、蛋白基因的分离、克隆以及它编码的蛋白在疫苗中的应用。本发明从副猪嗜血杆菌(Haemophilus parasuis，Hps)(菌种保藏编号：CVCC3361)中分离得到一个新的具有免疫原性的蛋白HbpA，它的核苷酸序列如序列表中SEQ IDNO：2所示，编码531个氨基酸。HbpA为一种新的具有免疫原性蛋白，其对小鼠感染副猪嗜血杆菌能提供有效的免疫保护力。本发明还包括表达免疫原性蛋白基因hbpA的大肠杆菌重组菌BL21/Hps-hbpA的制备。本发明表达的重组副猪嗜血杆菌HbpA蛋白具有良好的安全性和保护效力，其免疫保护效果达到50％。

Description

一种副猪嗜血杆菌免疫保护性抗原HbpA

技术领域

本发明涉及动物传染病亚单位疫苗制备技术领域。具体涉及一种副猪嗜血杆菌免疫保护性抗原的鉴定、蛋白基因的分离、克隆以及它编码的蛋白在疫苗中的应用。

背景技术

血红素结合蛋白(Heme-binding protein，HbpA)是细菌铁摄取系统的重要组成部分，具有结合、运输和传递血红素的功能，能够高效、特异结合宿主体内含量丰富的血红素，转运到细胞内并释放游离的铁离子，满足细菌生长的需要，如果阻断这个传递途径，细菌就难以存活，也就不能继续传染蔓延。研究者认为，大部分致病菌获取供生长所需游离铁离子的一种重要途径就是结合利用宿主细胞内的血红素。近年来对致病菌引起的感染性疾病的研究发现，HbpA蛋白是一种重要的毒力因子。HbpA属于球蛋白，分子中有一个或多个与血红素(原卟啉IX，heme)结合区域，具有氧感受器、运送游离血红素、参与机体代谢等生理功能。HbpA广泛存在于致病菌中，研究者认为HbpA与致病菌的致病性是密不可分的。

副猪嗜血杆菌(Haemophilus parasuis，Hps)是一种革兰氏阴性菌，常定居于猪的上呼吸道，是一种条件致病菌，能够导致猪的副猪嗜血杆菌病。在1910年首次报道该菌，因此该病又称为革拉瑟氏病 Hps只感染猪，能够影响2周龄到4月龄的猪，发病常见于5～8周龄猪。发病率为10％～15％，严重时死亡率可达50％，给养猪业带来巨大损失，该病的主要特征为纤维素性胸膜炎、腹膜炎、关节炎、心包炎和脑膜炎。

现代蛋白质组学技术与传统免疫杂交方法相结合产生一门新兴的交叉学科——免疫蛋白质组学(Immunoproteomic)，并迅速地应用于人、动植物和微生物的免疫原性蛋白研究之中，是一个大规模筛选病原菌抗原强有力的工具。

发明内容

本发明的目的是提供能够用于制备副猪嗜血杆菌病亚单位疫苗的候选抗原的蛋白及其编码基因。

本研究通过双向电泳和蛋白印迹法技术对副猪嗜血杆菌(Haemophilusparasuis，Hps)分泌蛋白质组进行分析，筛选出抗原性好、保护力强的抗原蛋白，以期为发展血清学诊断标记及新型亚单位疫苗的研发奠定坚实的基础。

本发明鉴定到具有免疫保护效果的HbpA蛋白，并对小鼠感染副猪嗜血杆菌能提供有效的免疫保护力，可以作为副猪嗜血杆菌病亚单位疫苗开发的候选抗原。

为了实现本发明目的，本发明首先分离副猪嗜血杆菌的胞外分泌蛋白，然后通过双向电泳方法分离分泌蛋白质组，并将其转移至硝酸纤维素膜上，使用猪的康复血清进行western-blot杂交寻找具有免疫原性的蛋白，然后通过质谱鉴定技术对具有免疫原性的蛋白进行质谱鉴定，再对其编码基因进行克隆表达，将表达的蛋白纯化后，再进行免疫原性分析，同时进行小鼠的免疫保护试验，结果表明其具有一定的免疫保护作用。

本发明同时保护一种制备HbpA蛋白的方法，所述方法包括培养含有HbpA蛋白编码序列的重组大肠杆菌，得到HbpA蛋白。所述制备HbpA蛋白的方法具体可为：将所述重组菌37℃培养3h，OD₆₀₀＝0.7时，加入IPTG至终浓度0.8μM，转至37℃继续培养4h。

本发明的HbpA蛋白具有免疫保护活性。

本发明的HbpA蛋白可以应用于副猪嗜血杆菌病亚单位疫苗的制备。

更具体地，本发明提供以下各项：

1.一种副猪嗜血杆菌免疫保护性抗原，其氨基酸序列如SEQ ID NO：1所示。

2.编码根据1所述的副猪嗜血杆菌免疫保护性抗原的核酸，其序列如SEQ ID NO：2所示。

3.重组载体，其包含根据2所述的核酸。

4.包含根据2所述的核酸或根据3所述的重组载体的细胞。

5.根据1所述的副猪嗜血杆菌免疫保护性抗原，其用作副猪嗜血杆菌亚单位疫苗。

6.根据1所述的副猪嗜血杆菌免疫保护性抗原、根据2所述的核酸、根据3所述的重组载体和根据4所述的细胞在制备副猪嗜血杆菌亚单位疫苗中的用途。

7.根据1所述的副猪嗜血杆菌免疫保护性抗原、根据2所述的核酸、根据3所述的重组载体和根据4所述的细胞在制备用于预防由副猪嗜血杆菌引起的疾病的药物中的用途。

8.根据7所述的用途，其中所述由副猪嗜血杆菌引起的疾病是副猪嗜血杆菌病。

9.疫苗组合物，其包含根据1所述的副猪嗜血杆菌免疫保护性抗原。

10.一种制备副猪嗜血杆菌免疫保护性抗原的方法，所述方法包括以下步骤：

构建包含如SEQ ID NO：2所示的核酸序列的重组表达载体；

将所述重组表达载体转化到宿主细胞中；

培养所述经转化的宿主细胞并诱导其表达所述副猪嗜血杆菌免疫保护性抗原；和

从所述经过诱导的宿主细胞分离和纯化所述副猪嗜血杆菌免疫保护性抗原。

11.根据10所述的方法，其中所述宿主细胞是大肠杆菌。

附图说明

图1：左图为分泌蛋白的双向电泳分离图谱；右图为转膜后杂交图。

图2：HbpA转膜后杂交图。

图3：HbpA免疫后攻毒小鼠存活率图。

具体实施方式

以下的实施例便于更好地理解本发明，但并不限定本发明。下述实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。下述实施例中所用的试验材料，如无特殊说明，均为自常规生化试剂商店购买得到的。

实施例1、HbpA蛋白免疫原性的发现

一、分泌蛋白样品的制备

从-70℃冰箱取出副猪嗜血杆菌(Haemophilus parasuis，Hps)(购自国家兽医微生物菌种保藏中心，菌种编号：CVCC3361)菌株，室温融化，然后划线接种于TSA(Becton，Dickinson and Company)固体培养基(含10％的马血清，0.01％的NAD(烟酰胺腺嘌呤二核苷酸))，37℃培养36h，然后挑取单菌落接种于TSB(Becton，Dickinson and Company)液体培养基(不含马血清，含有0.02％的NAD)，37℃培养24h，然后以1％的菌液体积转接于500mL TSB液体培养基(不含马血清，含有0.02％的NAD)，37℃培养约16h小时，使菌液OD达到1.0。向细菌培养物加入蛋白酶抑制剂，4℃5000g离心1h。取上清，用0.22μm的滤膜把残留的Hps滤去。向滤液中加入1/6体积预冷的100％三氯乙酸(TCA)，4℃静止30分钟用于沉淀滤液中的蛋白，之后4℃12000g离心30分钟，收集沉淀，弃上清，然后用预冷的丙酮将沉淀洗涤三次，充分将TCA溶于丙酮中洗掉。最后得到的沉淀就是副猪嗜血杆菌的分泌蛋白，室温放置10分钟，使丙酮挥发完全，溶于适量裂解液(7M尿素，2M硫脲，4％Chaps)中。取出一小管进行蛋白浓度测定。

二、分泌蛋白样品的第一向等电聚焦(IEF)

取以上制备的分泌蛋白600μg用裂解液稀释至终体积250μL，用pH梯度为pH3～10的IPG胶条(Bio-Rad)进行等电聚焦，设置聚焦参数为：温度20℃；最大电流0.05mA/胶条，聚焦程序为：30V，12h；200V，1h；500V，1h；1000V，2h；7000V，3h；7000V至50000Vh。

三、分泌蛋白样品的第二向SDS-PAGE电泳

用去离子水小心冲洗聚焦好的胶条上的覆盖油，然后进行平衡。第一次平衡：将胶条置于平衡缓冲液I(含6M尿素，75mMTris-HCl pH8.8，87％甘油，2％SDS，0.2％溴酚蓝，0.1g DTT/10mL)中，水平摇床上室温孵育10分钟；用去离子水冲洗胶条4～5次。第二次平衡：将胶条置于平衡缓冲液II(含6M尿素，75mMTris-HCl pH8.8，87％甘油，2％SDS，0.2％溴酚蓝，0.25g IAA/10mL)中，水平摇床上孵育15分钟。用配好的1×SDS凝胶缓冲液润洗平衡好的胶条。将覆盖在丙稀酰胺凝胶上的水饱和正丁醇倒掉，并用去离子水小心冲洗凝胶表面。将平衡好的胶条小心放入凝胶的上层，立即加入融化了的0.5％的低熔点琼脂糖固定IPG胶条，避免在胶条和凝胶之间产生气泡。在电泳槽里加入电泳缓冲液，将凝胶玻璃板放入，加入上层缓冲液，然后盖上盖，设置温度12.5℃，电流10mA/胶开始电泳。电泳1h后，电流改为20mA/胶，直到溴酚蓝条带跑到凝胶最下端停止电泳。小心取出凝胶，进行染色。

四、分泌蛋白样品SDS-PAGE胶染色

1.固定：将电泳后的凝胶放入固定液(40％乙醇，10％乙酸，50％去离子水)中，固定过夜。

2.敏化：将固定液倒掉，加入10％冰乙酸，水平摇床上轻摇30分钟。

3.染色：将凝胶放入R-250染色液中，90℃加热30分钟.

4.脱色：将染色液倒掉，加入10％冰乙酸，置于水平摇床上脱色，直到蛋白点清晰可见为止。

五、分泌蛋白样品的蛋白印迹法分析

将分泌蛋白样品的第二向SDS-PAGE胶按照常规的蛋白印迹法采用半干转方式进行转印。转印80分钟，按照0.8mA/cm²设定电流。转印结束后，PVDF膜(Pall Corparation)用丽春红染色，用针头标记若干个标记性的点，拍照保存。4℃封闭过夜，封闭液为5％的脱脂乳。PBST洗3次，每次10分钟。一抗为Hps猪康复血清(选取4-6周龄，ELISA抗体检测为阴性的健康仔猪，以5×10⁷CFU/mL Hps(CVCC3361)攻毒，饲养30天后，抽取存活仔猪的血液样品制备康复血清，实验室内分装、冻存)(1∶200)，37℃孵育1h。PBST洗3次，每次10分钟。二抗为辣根过氧化酶HRP标记的兔抗猪二抗(Sigma)(1∶5000)，37℃孵育1h。PBST洗3次，每次10分钟，最后化学发光显色试剂盒(天根生物有限公司)进行显色。根据事先的丽春红染色图片和针头标记的特征蛋白点，在对应的考马斯亮蓝染色的凝胶上找出对应的蛋白点。如图1，共找到9个发生免疫反应的蛋白。

六、质谱分析

将找出的蛋白点用剪过的200μL枪头戳取下来，然后放入干净的离心管，做好标记，送往北京蛋白质组研究中心进行质谱分析。经鉴定3号点为Heme-binding protein A(HbpA)，质量分数为394，分子量为59394Da(氨基酸序列如SEQ ID NO：1所示)。

实施例2、HbpA蛋白的表达

一、Hps总DNA的提取

将1mL Hps(CVCC3361)的过夜培养菌液12000rpm离心1分钟，弃上清。在菌体沉淀中加入40μL DB液(TIANamp Bacteria DNA Kit，天根生物有限公司)，160μL溶菌酶和8μL RNaseA。剧烈震荡，混合均匀。37℃温浴30～60分钟，不断颠倒离心管数次。加入200μL DLT液(TIANamp Bacteria DNA Kit，天根生物有限公司)和25μL蛋白酶K(TIANamp Bacteria DNAKit，天根生物有限公司)，立即温和地颠倒混匀。置65℃水浴中至少30分钟，不断颠倒离心管数次。12000rpm离心3～5分钟，用移液器吸取全部上清到一个干净的离心管中。加入200μL无水乙醇，混匀后全部吸入吸附柱，12000rpm，离心30秒。倒掉收集管中的液体，放回吸附柱。加入500μL W1液(TIANamp Bacteria DNA Kit，天根生物有限公司)，静置1分钟，12000rpm，离心30秒。倒掉收集管中的液体，放回吸附柱。加入500μL W1液，12000rpm，离心30秒。倒掉收集管内的液体，放回吸附柱。12000rpm，离心1分钟。将吸附柱放入一个1.5mL离心管。在吸附膜中央加入100μL T1液(TIANamp Bacteria DNAKit，天根生物有限公司)，65℃水浴5分钟，12000rpm离心1分钟。

二、hbpA基因的制备

根据hbpA基因的核苷酸序列(如序列表的SEQ ID NO：2所示)，设计引物对如下：

正向引物：5’-CGCCATATGAAACTAAATACTAAATTCTCT-3’

反向引物：5’-ACTGAATTCTTAATCCGCCAACTT-3’

正向引物的下划线部分为NdeI的酶切位点，反向引物的下划线部分为EcoRI酶切位点。

以Hps的总DNA为模板，用设计的引物对进行PCR扩增。

扩增体系：

PCR反应条件：94℃预变性5分钟，然后94℃变性30秒-52℃退火30秒-72℃延伸1分钟30个循环，最后72℃延伸10分钟。

PCR产物用1％琼脂糖凝胶电泳检测产量和特异性，并用DNA纯化试剂盒(超薄离心柱型，天根公司生产)纯化。将纯化的PCR产物进行测序，结果表明获得了序列为如序列表中SEQ ID NO：2所示的DNA片段，其为编码副猪嗜血杆菌HbpA蛋白的基因。

三、重组表达载体的构建

1、将测序正确的PCR产物用NdeI和EcoRI双酶切，琼脂糖电泳回收酶切产物。

2、将质粒pET28a(货号69864-3，Novagen)用EcoRI和NdeI双酶切，琼脂糖电泳回收酶切产物。

3、将步骤1的酶切产物和步骤2的酶切产物进行连接，得到重组质粒。

将重组质粒进行测序。结果表明，在pET28a的EcoRI和NdeI酶切位点之间插入了序列为序列表2所示的编码副猪嗜血杆菌HbpA蛋白的基因，将该重组质粒命名为pET28a-hbpA。

四、工程菌的制备

用pET28a-hbpA电击转化大肠杆菌BL21(DE3)(货号CB105，TIANGEN)后涂布于含有50μg/ml卡那霉素的LB平板，37℃过夜培养，得到含有pET28a-hbpA的重组菌，即为工程菌。

用pET28a代替pET28a-hbpA，转化大肠杆菌BL21(DE3)，步骤同上，得到含有pET28a的重组菌，作为对照菌。

五、HbpA蛋白的制备和纯化

将以上四中制备的工程菌培养于含有50μg/ml卡那霉素的LB培养基中，37℃培养3h；OD₆₀₀＝0.7时，加入IPTG至终浓度0.8μM，转至37℃继续培养4h。

5000rpm、10分钟离心收集菌体，悬浮于PBS溶液中，于冰浴中超声破碎(300w，10分钟；超声3s，停止5s)，之后15000rpm离心10分钟收集沉淀，将沉淀用30ml溶液A(NaH₂PO₄100mmol/L、Tris-HCl10mmol/L、尿素8mol/L，调pH到8.0)溶解，可以短暂超声破碎促溶。加入2mL事先处理好的树脂(Ni-NTA His-Bind Resin，Novagen)，4℃低速振荡30分钟使树脂与目的蛋白充分结合，结合完毕，加入吸附柱中。待液体流尽，加入10mL溶液B(NaH₂PO₄100mmol/L、Tris-HCl10mmol/L、尿素8mol/L，调pH到6.3)洗6次。加入2mL溶液C(NaH₂PO₄100mmol/L、Tris-HCl10mmol/L、尿素8mol/L，调pH到5.9)洗1次。加入10mL溶液D(NaH₂PO₄100mmol/L、Tris-HCl10mmol/L、尿素8mol/L，调pH到4.5)，按每管1mL收集洗脱液。

SDS-PAGE电泳显示纯化的HbpA蛋白的分子量约为70kDa(包含组氨酸标签)，基本符合理论推断。收集含有HbpA蛋白的级分。

将以上四中制备的对照菌采用相同的步骤进行培养和纯化，得到的溶液作为对照酶液。

六、HbpA蛋白的蛋白印迹法鉴定

对以上五中纯化的重组HbpA蛋白进行蛋白印迹法分析，首先制备12％的聚丙稀酰胺凝胶，将HbpA蛋白上样进行SDS-PAGE；电泳结束后，把凝胶浸泡在电泳液(39mM甘氨酸、48mM Tris碱、0.037％SDS、20％甲醇)中平衡15min；剪裁比凝胶稍大的硝酸纤维素膜，放置于电泳液浸泡至完全湿润；剪裁两张厚滤纸，上层滤纸稍小于凝胶，下层滤纸要稍微大于硝酸纤维素膜，并浸泡在电泳液中至完全湿润；按照滤纸-膜-胶-滤纸的顺序加到石墨电极上，用玻璃棒赶走气泡；接通电源，15v恒压，转印30min。转印结束后取下硝酸纤维素膜；将膜装入小的自封袋中，加入5％脱脂乳4℃封闭过夜；取出膜，用PBST洗5次，每次10min；然后加入5％脱脂乳1∶200稀释的一抗(猪康复血清)，37℃孵育1h；取出膜，用PBST洗5次，每次10min；然后加入5％脱脂乳1∶5000稀释的二抗(HRP标记的兔抗猪二抗)，37℃孵育1h；取出膜，用PBST再洗5次，每次10min；然后用ECL化学发光试剂盒显色，结果表明HbpA蛋白与预期的蛋白条带大小一致，如图2所示。

实施例3、HbpA蛋白免疫保护性的鉴定

1、Hps对昆明小鼠LD₅₀的测定

将副猪嗜血杆菌(Haemophilusparasuis，Hps)(购自国家兽医微生物菌种保藏中心，菌种编号：CVCC3361)菌株接种于TSB液体培养基(含10％马血清，0.01％NAD)37℃200rpm/min培养14～16小时，然后次日涂布TSA固体培养基(含10％马血清，0.01％NAD)37℃培养24～36h。用PBS洗下菌苔，稀释到5×10⁸CFU/mL(OD₆₀₀约为1.0)，然后2倍逐级浓缩，浓缩至所需剂量(如表1中所示)后向小鼠注射。将8～10周龄雌性昆明小鼠(购于中国农业科学院哈尔滨兽医研究所实验动物中心)分为5组，每组10只。每只小鼠腹腔注射100μL的攻毒物，攻毒后连续观察5天，纪录各组死亡情况。按照寇氏公式计算LD₅₀。公式如下：

LD₅₀＝lg^-1{Xm-i〔∑P-(3-Pm-Pn)/4〕}

Xm：最大剂量组剂量的对数值

i：相邻两组剂量(d)对数值之差

∑P：各组动物死亡率之总和

P：各组动物死亡率，用小数表示

Pm：最高剂量组动物死亡率，用小数表示

Pn：最小剂量组动物死亡率，用小数表示

n：每组动物数

攻毒5天后，第5组死亡10只，第1组死亡2只。具体的各组死亡率如下表所示。

表1

通过寇氏公式计算得出LD₅₀＝1.46×10⁹CFU。

2、小鼠的免疫与攻毒

用根据实施例2纯化的HbpA蛋白抗原免疫4～6周龄的昆明小鼠(购于中国农业科学院哈尔滨兽医研究所实验动物中心)，每组10只。对照组不进行免疫。第一次免疫，100μg/只，与福氏完全佐剂1∶1混合，背部多点注射免疫小鼠。间隔两周后，进行第二次免疫，100μg/只，与福氏不完全佐剂1∶1混合，背部多点注射免疫小鼠，10天后，ELISA检测抗体水平，HR标记的山羊抗鼠(Sigma)为二抗(1∶4000)，二免10天后经腹腔注射Hps(CVCC3361)，攻毒剂量为以上测定的LD₅₀的5倍，观察5天内各组小鼠的死亡情况。如图3所示，HbpA免疫组有50％的存活率。

Claims (4)

1.氨基酸序列如SEQ ID NO:1所示的副猪嗜血杆菌免疫保护性抗原、序列如SEQ ID NO:2所示的核酸、包含所述核酸的重组载体和包含所述核酸或所述重组载体的细胞在制备副猪嗜血杆菌亚单位疫苗中的用途。

2.氨基酸序列如SEQ ID NO:1所示的副猪嗜血杆菌免疫保护性抗原、序列如SEQ ID NO:2所示的核酸、包含所述核酸的重组载体和包含所述核酸或所述重组载体的细胞在制备用于预防由副猪嗜血杆菌引起的疾病的药物中的用途。

3.根据权利要求2所述的用途，其中所述由副猪嗜血杆菌引起的疾病是副猪嗜血杆菌病。

4.疫苗组合物，其包含氨基酸序列如SEQ ID NO:1所示的副猪嗜血杆菌免疫保护性抗原。