CN104131021A - 抗菌肽共表达载体及其构建和表达方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了抗菌肽共表达载体及其构建和表达方法，所述抗菌肽为四种，四种抗菌肽的编码基因分别两两连接到在同一宿主菌中同时表达的双表达载体pETDuet-1、pRSFDuet-1。本发明的抗菌肽共表达载体可以同时高效稳定的表达四种抗菌肽，从而具有高效广谱抗菌和抗病毒活性，表达的抗菌肽蛋白结构和天然抗菌肽保持一致，解决了融合表达时改变蛋白结构而影响抗菌肽活性及产量的问题。

Description

抗菌肽共表达载体及其构建和表达方法

技术领域

本发明涉及能够同时表达多种抗菌肽的共表达载体，属于生物工程技术领域。

背景技术

由于抗生素与化学合成药物在畜牧生产中多年滥用，很多病原菌都出现了耐药性，药物残留等问题，因此研究人员开始利用现代生物学技术研发绿色、高效、有利于生物体健康、有利于环境保护以及提高养殖效益的、能够代替抗生素的新型生物治疗制剂。

在目前已有的生物制剂中，抗菌肽是一种广泛存在于自然界生物有机体内的小分子活性物质，通常由15-45个氨基酸残基组成，可经诱导产生，作用于微生物细胞膜，使细胞膜穿孔，破坏细胞膜的完整性，导致细胞质外溢而达到杀菌的目的，具有高效、广谱及不产生耐药性等优势。迄今为止，人们已经从细菌、真菌、植物、动物中分离出了多种抗菌肽，由于不易产生耐药性，抗菌肽具有广阔的应用前景。

LEAP-2(II型肝表达抗菌肽)是近年来在脊椎动物中发现的一种新型抗菌肽，具有较强的抗微生物活性。LEAP-2基因包含3个外显子和2个内含子，只有1个拷贝。通过放射性杂交图发现LEAP-2基因位于5号染色体的长臂3区1带，编码由77个氨基酸残基组成的前体蛋白质，多分布于肝脏。LEAP-2对多种细菌尤其是革兰氏阳性菌有很好的抑制和杀灭效果，具有很好的开发前景。

TAP(牛气管抗菌肽)是从牛的气管黏膜上皮细胞中发现，也是第一个被发现的动物β-防御素，由38个氨基酸残基组成，含3对分子内二硫键，相对分子质量为4.3KD。牛β-防御素TAP对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、克雷伯肺炎杆菌、绿脓杆菌和念珠菌属等乳房炎病原菌有较强的抗菌活性。大量研究还表明，动物防御素在免疫调节、激素调节及刺激伤口愈合等方面也有重要作用。

绵羊体内有两种动物β-防御素，SBD-1和SBD-2。SBD-1存在于气管和整个消化道(从舌到结肠)中，含有6个保守的半胱氨酸残基，这6个半胱氨酸残基形成二硫键，有利于防御素保持稳定的结构，而且还是其抗微生物活性及细胞毒效应的主要结构。

溶菌酶(Lysozyme)又称胞壁质酶(Muramidase)，是水解酶的一种，是一种无毒、无害的高盐基水解酶，广泛分布于动物、植物以及微生物中。溶菌酶通过裂解革兰氏阳性菌与革兰氏阴性菌细胞壁的多糖成分而将其破坏，从而具有杀灭多种病菌的作用。此外，溶菌酶的抗菌活性还表现在其他方面，例如，溶菌酶可以直接结合带有负电荷的病毒蛋白，与脱辅基蛋白、DNA以及RNA等形成复盐，从而使病毒失去活性。因此，溶菌酶以其独特的作用机理，为其在各个领域发挥其抗菌、抗病毒等活性奠定了基础。

传统的制备抗菌肽的方法是组织器官提取法，如有机溶剂提取法、水浸提法和有机酸提取法等。这类方法存在着许多问题，如含量低导致提取效率低，杂质种类复杂导致纯度不理想，易失活导致提取后的活性不理想，严重制约了抗菌肽的开发和应用。，

针对上述问题，近年来本领域尝试利用基因工程生产抗菌肽，迄今为止，抗菌肽已在原核表达系统、昆虫细胞表达系统、酵母表达系统得到了表达。但是在表达过程中发现，表达的抗菌肽对宿主细胞有毒性，而且对宿主本身的蛋白酶非常敏感导致降解，降低了抗菌肽的表达量。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明公开了一种共表达载体，能够在同一宿主菌中同时稳定、高效表达多达四种抗菌肽，共表达多肽具有高效广谱抗菌和抗病毒活性，蛋白结构和天然抗菌肽保持一致，解决了融合表达时改变蛋白结构而影响抗菌肽活性及产量的问题。

为实现上述目的，本发明是通过下述技术方案实现的：

抗菌肽共表达载体，所述抗菌肽为四种，四种抗菌肽的编码基因分别两两连接到在同一宿主菌中同时表达的双表达载体pETDuet-1、pRSFDuet-1。

本发明并不限定具体的抗菌肽类型，基于本发明所公开的构建方法，目前已有的具有良好生物活性的抗菌肽均可通过选择设计具有针对性的特异性引物将其连接到上述双表达载体中。

优选的，所述抗菌肽为LEAP-2、TAP、SBD-1、Lysozyme，所述抗菌肽的编码基因与双表达载体的连接关系为pETDuet-1-L2-T和pRSFDuet-1-S1-Ly。

本发明所用的载体pETDuet-1、pRSFDuet-1是双表达载体，每一个载体上有两个启动子，属于单一载体双启动子系统，每个编码基因都有独立的一个启动子，每个启动子独立驱动各个蛋白的表达。

与传统的构建融合基因相比，本发明的双表达载体避免了基因之间的相互影响，保证了抗菌肽的稳定表达，克服了串联表达表达量不足的缺点，并且通过在同一宿主菌中表达的双质粒表达系统，pETDuet-1和pRSFDuet-1作为复制子相同不相容的两个质粒，在Amp和Kana两种抗生素存在的压力下子代菌能够有效存活，不会被抗生素杀死，从而可以同时转化进入同一宿主菌后有效的表达外源抗菌肽蛋白。

为了便于规模化生产，降低培养难度，本发明所用的宿主菌为大肠杆菌，其培养简单，遗传背景清楚，可以采用发酵罐实现大规模、高密度发酵生产。

常规的生物工程中所用的大肠杆菌均可用于本发明，包括但不限于大肠杆菌BL21，BL21(DE3)，和BL21(DE3)PLySs等。

相应的，本发明公开了上述抗菌肽共表达载体的构建方法，针对具体的抗菌肽，利用引物扩增抗菌肽的编码基因，通过酶切、连接、转化将四种抗菌肽的编码基因分别两两插入双表达载体pETDuet-1、pRSFDuet-1。

本领域技术人员应该了解，针对不同的抗菌肽编码基因，根据抗菌肽编码基因以及共表达pETDuet-1和pRSFDuet-1的多克隆位点，即可利用引物合成软件Primer设计引物，扩增出各个抗菌肽基因，因此本发明的构建方法可以普遍适用于多种抗菌肽共表达载体的构建。

具体的，针对本发明所公开的四种优选抗菌肽，构建方法包括下述步骤：

1)以抗菌肽LEAP-2、TAP、SBD-1、Lysozyme编码基因作为PCR模版扩增出抗菌肽基因；

2)使用EcoRI、NotI分别双酶切载体pETDuet-1、pRSFDuet-1；

3)利用EcoRI、NotI分别双酶切LEAP-2、SBD-1抗菌肽的编码基因，将其与双酶切后的pETDuet-1、pRSFDuet-1载体连接得到表达载体；

4)利用BglII、XhoI双酶切步骤3)得到的表达载体，使用BglII、XhoI双酶切TAP、Lysozyme抗菌肽的编码基因，分别与双酶切后的表达载体连接得到共表达载体。

通过上述构建方法，实现了将携带四个抗菌肽基因的两个共表达载体转化进入同一个宿主菌，能够稳定、高效表达LEAP-2、TAP、SBD-1、Lysozyme四种抗菌肽蛋白。

其中，步骤1)的编码基因即可从相关的生物制品公司和实验室购买成品或者合成，针对上述四种具体的抗菌肽，采用PCR扩增所用对应的引物序列如下：

LEAP-2-F：CCGGAATTCATGACTCCATTTTGGAG(含EcoRI酶切位点)

LEAP-2-R：ATAGCGGCCGCTCATTCCTGGGCCACACT(含NotI酶切位点)

TAP-F：CGCAGATCTAATCCTGTAAGCTGTGTTA(含BglII酶切位点)

TAP-R：CCGCTCGAGACTTCTTTCTACAGCATAAAT(含XhoI酶切位点)

SBD-1-F：_CCGGAATTCCAAGGAGTAAGAAATCGTCTAAG(含EcoRI酶切位点)

SBD-1-R：ATAGCGGCCGCCTTCTTTCTGCAGCATTTTACT(含NotI酶切位点)

Lysozyme-F：CGCAGATCTAGGTCTTTGCTAATCTTGGTG(含BglII酶切位点)

Lysozyme-R：CCGCTCGAGCAGCCGGCAGCCTCTGATCCA(含XhoI酶切位点)。

PCR的条件和参数采用本领域常规实验条件即可。

相应的，本发明还公开了上述共表达抗菌肽的表达方法，通过将共表达载体转化到同一宿主菌进行涂板，过夜培养，挑取单克隆菌落接种于LB培养基中，摇菌过夜，转接至新LB培养基中，加入IPTG进行诱导产生四种抗菌肽。

其中，培养最终达到OD值0.6-0.8，所用IPTG浓度为1mM/L。

其中，所用的菌株采用适合于外源蛋白表达的菌株，优选的是BL21(DE3)、BL21(DE3)PLySs等。

附图说明

图1为四种抗菌肽的编码基因扩增电泳图，其中M为10K Maker，A为TAP抗菌肽的441bp编码基因、B为Lysozyme抗菌肽编码基因441bp、C为SBD-1抗菌肽编码基因174bp、D为LEAP-2抗菌肽编码基因168bp；

图2是四种共表达的抗菌肽的SDS-PAGE图，M为Maker，1是同时转入空质粒pETDuet-1和pRSFDuet-1的BL21(DE3)全细胞裂解物；2是同时转入pETDuet-1-L2-T和pRSFDuet-1-S1-Ly共表达载体未加IPTG诱导的BL21(DE3)全细胞裂解物；3是同时转入pETDuet-1-L2-T和pRSFDuet-1-S1-Ly共表达载体加入BL21(DE3)中经1mM IPTG诱导表达四个毒素蛋白4小时后的SDS-PAGE图。

具体实施方式

在下述实施例中，申请人提供了一种具体的共表达载体构建和表达过程，并且详细描述了所用原料的来源，仅为示意，并非构成特别限定。本领域技术人员采用符合公知定义的相关原料和实验条件也可实现本发明的发明目的。

在下述实施中，所用原料来源如下：

LEAP-2、TAP、SBD-1、Lysozyme四种抗菌肽的编码基因来自于GenBank数据库，LEAP-2编号为Q95JB4、TAP编号为AF014106.1、SBD-1编号为U75250.1、Lysozyme编号为V00428.1。

pETDuet-1和pRSFDuet-1双表达载体购自Novagen公司。

表达菌：BL21(DE3)购自北京全式金生物技术有限公司。

所用引物由上海生工生物工程有限公司合成。

限制性内切酶BglII、EcoRI、NotI、XhoI，T4 DNA连接酶和2×Power TaqPCR MasterMix均购自大连宝生物有限公司；IPT6、SDS(十二烷基磺酸钠)、核酸Marker、Agarose DNA extraction kit、DNA快速纯化回收试剂盒、质粒快速提取试剂盒均购自大连宝生物工程公司；细菌基因组提取试剂盒购自上海生工生物工程有限公司合成；琼脂糖购自Invitrogen公司；预染蛋白Marker购自Fermentas公司。

实施例1：抗菌肽共表达载体的构建

1.LEAP-2、TAP、SBD-1、Lysozyme编码基因的扩增

利用引物，扩增抗菌肽LEAP-2、TAP、SBD-1、Lysozyme编码基因，得到各个抗菌肽基因。

PCR反应体系：50μL MasterMix，上下游引物各2μL，模版16μL，去离子水30μL；DNA胶回收试剂盒回收四个抗菌肽编码基因；

2.pETDuet-1-L2和pRSFDuet-1-S1载体的构建

将pETDuet-1、pRSFDuet-1两个载体进行EcoRI、NotI双酶切。

40μL酶切体系：10×H缓冲液4μL，EcoRI、NotI各1μL，载体24μL，去离子水10μL。

酶切产物1％琼脂糖电泳后胶回收试剂盒回收；

然后用EcoRI、NotI双酶切的LEAP-2、SBD-1基因。

40μL酶切体系：10×H缓冲液4μL，EcoRI、NotI各1μL，目的基因24μL，去离子水10μL。

酶切产物1％琼脂糖电泳后胶回收试剂盒回收，然后分别与双酶切的pETDuet-1、pRSFDuet-1的载体连接，构建两个连接体系：

10×T4DNA Ligase Buffer 2.5μL，LEAP-2编码基因胶回收产物14μL，pETDuet-1 2μL，T4DNA LigaselμL，去离子水5.5μL；

10×T4DNA Ligase Buffer 2.5μL，SBD-1编码基因胶回收产物14μL，pRSFDuet-1 2μL，T4DNA LigaselμL，去离子水5.5μL。

16℃连接过夜，分别转化Trans109态细胞，挑取单克隆菌落分别进行菌液PCR鉴定、酶切鉴定、菌液测序确定LEAP-2、SBD-1分别连接到pETDuet-1-L2和pRSFDuet-1-S1载体上；

3.pETDuet-1-L2-T和pRSFDuet-1-S1-Ly载体的构建

pETDuet-1-L2和pRSFDuet-1-S1进行BglII、XhoI双酶切。

40μL酶切体系：10×H缓冲液4μL，BglII、XhoI各1μL，载体24μL，去离子水10μL，酶切产物1％琼脂糖电泳后胶回收试剂盒回收。

BglII、XhoI双酶切的TAP、Lysozyme编码基因。

40μL酶切体系：10×H缓冲液4μL，EcoRI、PstI各1μL，目的基因24μL，去离子水10μL，酶切产物1％琼脂糖电泳后胶回收试剂盒回收，然后构建两个链接体系：

10×T4DNA Ligase Buffer 2.5μL，TAP编码基因胶回收产物14μL，pETDuet-1-L2 2μL，T4DNA LigaselμL，去离子水5.5μL；

10×T4DNA Ligase Buffer 2.5μL，Lysozyme编码基因胶回收产物14μL，pRSFDuet-1-S1 2μL，T4DNA LigaselμL，去离子水5.5μL。

16℃连接过夜，分别转化Trans109态细胞，挑取单克隆菌落分别进行菌液PCR鉴定、酶切鉴定、菌液测序确定TAP、Lysozyme分别连接到pETDuet-1-L2和pRSFDuet-1-S1载体上。

实施例2：LEAP-2、TAP、SBD-1、Lysozyme四种抗菌肽共表达载体的共表达

pETDuet-1-L2-T和pRSFDuet-1-S1-Ly各0.5μL质粒同时转化BL21(DE3)宿主菌，挑取单克隆菌落接种于新鲜10ml LB培养基中，摇菌过夜，按1∶100比例转接新鲜10ml LB培养基中，OD值达0.6-0.8时取1ml菌液作为未诱导样品，然后加入终浓度1.0mM的10μL IPTG诱导表达四小时收取1ml菌液样品；

在上述共表达完成后，对所表达获得的LEAP-2、TAP、SBD-1、Lysozyme四种抗菌肽进行了SDS-PAGE检测。

其中，所配制的SDS-PAGE溶液组成如下：

Tris-甘氨酸缓冲液：25mmol/L Tris、250mmol/L甘氨酸(pH 8.0)、0.1％SDS。

2×SDS上样buffer：100mmol/L Tris.C1(pH8.0)、200m mol/L巯基乙醇、4％SDS、0.2％溴酚蓝、20％甘油。

考马斯亮蓝染色液：45ml甲醇、45ml水、10ml冰醋酸中溶解0.25g考马斯亮蓝R250。

脱色液：30％甲醇、10％冰乙酸，蒸馏水补体积至100ml。

SDS-PAGE检测过程为：

(1)洗净玻璃板，固定在电泳槽上，用2.0％琼脂糖封边。按分子克隆的配方配制15％的分离胶5ml，迅速注入两玻璃板之间，胶顶覆盖1ml双蒸水。待分离胶凝固后倾出覆盖层液体，用去离子水冲洗凝胶顶部数次，倒置空干液体，加入2ml 5％的浓缩胶溶液，插上梳子，垂直放置电泳槽使其凝固。

(2)小心移去梳子，在电泳装置上、下槽间加入Tris-甘氨酸缓冲液，用注射器冲洗加样孔数次，将电源负极与上槽相连。

(3)收集的菌液12000rpm离心2min，用50μl pH7.4的PBS悬浮，加入等体积的2×SDS上样buffer，混匀，水浴煮沸10min，用微量进样器上样10μ1，打开电源，用80V电压电泳至溴酚蓝进入分离胶，把电压提高到120V，继续电泳至溴酚蓝到达凝胶底部。

(4)染色：取下凝胶用蒸馏水冲洗，用5倍凝胶体积的考马斯亮蓝染色液浸泡凝胶，放在脱色摇床上室温染色3h。

(5)脱色：用30％甲醇、10％冰乙酸的混合液，在脱色摇床上脱色过夜，其间更换染色液3～4次。待蓝色背景完全脱净后，将凝胶浸入蒸馏水中终止脱色。

参考附图2所示，显示本发明的共表达载体成功实现了四种抗菌肽的共表达，其中TAP 5.3kDa、LEAP-2 6.1kDa、SBD-1 6.4kDa、Lysozyme 16kDa。

Claims (10)

1.抗菌肽共表达载体，其特征在于所述抗菌肽为四种，四种抗菌肽的编码基因分别两两连接到在同一宿主菌中同时表达的双表达载体pETDuet-1、pRSFDuet-1。 

2.根据权利要求1的共表达载体，其特征在于所述抗菌肽为LEAP-2、TAP、SBD-1、Lysozyme。 

3.根据权利要求2的共表达载体，其特征在于所述抗菌肽的编码基因与双表达载体的连接关系为pETDuet-1-L2-T和pRSFDuet-1-S1-Ly。 

4.根据权利要求1的共表达载体，其特征在于宿主菌为大肠杆菌。 

5.权利要求1的抗菌肽共表达载体的构建方法，其特征在于利用引物扩增抗菌肽的编码基因，通过酶切、连接、转化将四种抗菌肽的编码基因分别两两插入双表达载体pETDuet-1、pRSFDuet-1。 

6.根据权利要求5的构建方法，其特征在于所述抗菌肽为LEAP-2、TAP、SBD-1、Lysozyme，与双表达载体的连接关系为pETDuet-1-L2-T和pRSFDuet-1-S1-Ly。 

7.根据权利要求6的构建方法，其特征在于包括下述步骤：1)以抗菌肽LEAP-2、TAP、SBD-1、Lysozyme编码基因作为PCR模版扩增出抗菌肽基因；2)使用EcoRI、NotI分别双酶切载体pETDuet-1、pRSFDuet-1；3)利用EcoRI、NotI分别双酶切LEAP-2、SBD-1抗菌肽的编码基因，将其与双酶切后的pETDuet-1、pRSFDuet-1载体连接得到表达载体；4)利用BglII、XhoI双酶切步骤3)得到的表达载体，使用BglII、XhoI双酶切TAP、Lysozyme抗菌肽的编码基因，分别与双酶切后的表达载体连接得到共表达载体。 

8.根据权利要求7的构建方法，其特征在于步骤1)各抗菌肽的特异性引物分别为 

LEAP-2-F：CCGGAATTCATGACTCCATTTTGGAG； 

LEAP-2-R：ATAGCGGCCGCTCATTCCTGGGCCACACT； 

TAP-F：CGCAGATCTAATCCTGTAAGCTGTGTTA； 

TAP-R：CCGCTCGAGACTTCTTTCTACAGCATAAAT； 

SBD-1-F：CCGGAATTCCAAGGAGTAAGAAATCGTCTAAG； 

SBD-1-R：ATAGCGGCCGCCTTCTTTCTGCAGCATTTTACT； 

Lysozyme-F：CGCAGATCTAGGTCTTTGCTAATCTTGGTG； 

Lysozyme-R：CCGCTCGAGCAGCCGGCAGCCTCTGATCCA。 

9.权利要求1的共表达载体的表达方法，其特征在于将共表达载体转化到同一宿主菌进行涂板，过夜培养，挑取单克隆菌落接种于LB培养基中，摇菌过夜，转接至新LB培养基中，加入IPTG进行诱导。 

10.根据权利要求9的表达方法，其特征在于培养最终达到OD值0.6-0.8，所用IPTG浓度为1mM/L。