CN105906719A - 一种自聚肽融合cd151蛋白及其制备方法与应用 - Google Patents
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Abstract
本发明属于生物技术研究领域,具体涉及一种自聚肽融合CD151蛋白及其制备方法和应用。所述的自聚肽融合CD151蛋白由猪CD151蛋白PRRSV结合片段和ELK16自聚肽组成,其制备方法包括表达载体构建、融合蛋白表达与纯化、PRRSV结合片段确定以及病毒浓缩、纯化和检测。所述自聚肽融合CD151蛋白可用于猪繁殖与呼吸综合征病毒(PRRSV)浓缩、纯化和环境监测中。与其他方法相比,用本发明的自聚肽融合CD151蛋白浓缩、纯化和检测PRRSV具有敏感、简单和经济等优点,不仅可用于组织样品的PRRSV浓缩和纯化,还可用于环境样品的PRRSV检测和分离培养。
Description
技术领域
本发明涉及生物技术研究领域,具体涉及一种自聚肽融合CD151蛋白的制备方法及其在猪繁殖与呼吸综合征病毒浓缩、纯化和环境监测中的应用。
背景技术
猪繁殖与呼吸综合征(PRRS)是由猪繁殖与呼吸综合征病毒(PRRSV)引起的一种高度接触和免疫抑制性传染病,以母猪繁殖障碍、青年猪死亡率高和所有年龄猪呼吸道症状为特征,给世界养猪业造成巨大的经济损失。目前PRRS主要用疫苗免疫进行控制,但灭活苗免疫保护效果不佳,活疫苗存在安全隐患。病毒浓缩与纯化是抗体和疫苗制备的重要环节,现有的PRRSV纯化方法主要有密度梯度离心法、超滤膜过滤法和亲和层析法,但这些方法均存在费时、费力、回收率低和费用高等缺点。PRRSV能通过垂直和水平两种方式传播,水平传播包括接触病毒感染猪的唾液、鼻液、乳汁、精液、污染物和污水等,因此环境监测是控制PRRSV流行传播的重要环节。尽管RT-PCR可用于感染组织样品的PRRSV检测,但污水、粪尿等环境样品不仅病毒滴度低,而且存在RT-PCR反应抑制物。尽管经典的超速离心、聚乙二醇沉淀和吸附/洗脱可用于PRRSV浓缩,但这些方法不仅耗时、敏感性低,而且也能浓缩RT-PCR反应抑制物。
受体结合与磁珠捕捉技术(Receptor-binding capture and magneticsequestration)是近几年出现的病毒浓缩与纯化新技术,其基本原理是利用病毒与受体结合的特异性,用病毒受体蛋白偶联磁珠捕获病毒。尽管该技术具有快速、高效等优点,已成功用于食品、污水等环境样品的病毒浓缩与检测,但磁珠价格较贵,而且需用专门设备,其实际应用受到限制。自聚肽(Self-aggregating peptide)能在水溶液中自动装配成聚合物,其融合蛋白在重组大肠杆菌内能形成活性包涵体,不仅能用离心等简单方法分离纯化,而且能直接用于体外实验,但能否用于病毒捕捉尚无研究报道。
CD151是PRRSV受体之一。本发明将CD151蛋白胞外区与ELK16自聚肽在大肠杆菌中融合表达,将纯化的融合蛋白用于PRRSV浓缩、纯化和环境监测。尽管这种策略是容易想到的,但在具体设计时却面临以下技术问题:自聚肽融合CD151蛋白能否在大肠杆菌中表达、表达的融合蛋白能否保持PRRSV结合活性、结合PRRSV的最小片段是什么、最佳结合和洗脱条件是什么、能否用于PRRSV的浓缩、纯化与环境监测?
发明内容
为了解决现有技术存在的问题,本发明提供了一种自聚肽融合CD151蛋白及其制备方法与应用。
本发明的自聚肽融合CD151蛋白,由CD151蛋白PRRSV结合区与ELK16自聚肽组成。经病毒滴定证明,利用该融合蛋白能从病毒感染细胞和模拟污染环境样品中浓缩、纯化和检测PRRSV。
本发明所述的自聚肽融合CD151蛋白用下列方法制备:
(1)将PT连接头和ELK16编码序列插入pET-30a载体,获得融合表达载体pET-PT16;
(2)将PCR克隆的猪CD151蛋白第158~220位氨基酸(C63)编码序列插入pET-PT16载体,获得重组载体pC63-PT16;
(3)将重组载体pC63-PT16转化大肠杆菌,在37℃诱导融合蛋白表达;
(3)用14000g离心沉淀融合蛋白;
(4)用0.2%TritonX-100离心洗涤融合蛋白。
其中步骤(2)是:CD151蛋白C63片段具有PRRSV结合活性。
本发明还公布了所述的自聚肽融合CD151蛋白在PRRSV浓缩、纯化和环境监测中的应用,其具体方法如下:
(1)将75μg/ml自聚肽融合CD151蛋白与PRRSV感染细胞或模拟污染环境水样混合,28℃孵育60min;
(2)用14000g离心沉淀蛋白-病毒复合物;
(3)用pH5.0缓冲液洗脱病毒;
(4)用14000g离心去除自聚肽融合CD151蛋白;
(5)用病毒滴定法检测PRRSV。
进一步地,公开了上述自聚肽融合CD151蛋白在PRRSV浓缩、纯化和环境监测中的应用。
本发明采用了以下方法对所自聚肽融合CD151蛋白进行验证:
(1)按照常规方法进行Marc-145细胞PRRSV感染,感染后收集细胞培养上清和裂解细胞;
(2)将不同剂量PRRSV接种自来水、细菌裂解液、猪尿液和粪便悬浮液,获得模拟PRRSV污染环境样品;
(3)将75μg/ml融合蛋白与PRRSV感染细胞或模拟污染环境样品混合,28℃孵育60min;
(2)用14000g离心沉淀蛋白-病毒复合物;
(3)用pH5.0缓冲液洗脱病毒;
(4)用14000g离心去除融合蛋白;
(5)用病毒滴定法检测PRRSV。
本发明将容易导致不溶性表达的CD151蛋白跨膜区去除,分别将胞外区及其两个片段克隆入不同自聚肽融合表达载体,以确保融合蛋白表达;分别将不同融合蛋白与PRRSV进行共孵育,用病毒滴定法检测与病毒结合;对融合蛋白结合PRRSV及洗脱条件进行优化,以便洗脱病毒不被灭活;分别将PRRSV接种自来水、细菌裂解液、猪尿液和粪便悬浮液,用融合蛋白回收病毒,以验证融合蛋白能否用于PRRSV污染环境样品监测。与现有的其他方法相比,用本发明的自聚肽融合CD151蛋白浓缩、纯化和检测PRRSV具有敏感、简单和经济等优点,不仅可用于组织样品PRRSV浓缩与纯化,还可用于环境样品PRRSV检测和分离培养。
附图说明
图1是融合蛋白表达载体的结构示意图。PT7是T7启动子,RBS是核糖体结合位点,His-Tag是组氨酸标签,PT是由17个脯氨酸(P)或苏氨酸(T)组成的PT连接头,ELK16为自聚肽编码序列,Target指目的基因序列。
图2是猪CD151蛋白结构及其片段表达策略示意图。LEL是CD151胞外区,从115位酪氨酸(Y115)开始到220位亮氨酸(L220)结束;N63为CD151胞外区前63个氨基酸片段,从115位酪氨酸(Y115)开始到177位天冬氨酸(D177)结束;C63为CD151胞外区后63个氨基酸片段,从158位丝氨酸(S158)开始到220位亮氨酸(L220)结束。
图3是自聚肽融合CD151蛋白表达与纯化电泳图。M为蛋白质分子量Marker,1是重组菌裂解物,2是裂解重组菌上清,3是裂解重组菌沉淀,4是纯化的融合蛋白。
图4是自聚肽融合CD151蛋白结合PRRSV的RT-PCT检测。M是DNA Marker;1是PRRSV阳性对照,2是His-CD151融合蛋白沉淀病毒,3是ELK16-N63融合蛋白沉淀病毒,4是ELK16-ELE融合蛋白沉淀病毒,5是C63-ELK16融合蛋白沉淀病毒,6是ELK16-BoIFNg融合蛋白沉淀病毒阴性对照。
具体实施方式
生物材料来源:
1.pET-30a载体:从美国Novagen公司引进,本实验室保存。
2.DH5a大肠杆菌:从美国BD Biosciences Clontech公司引进,本实验室保存。
3.BL21(DE3)大肠杆菌:从美国Novagen公司引进,本实验室保存。
4.VR2332株PRRSV:从美国ATCC引起,本实验室保存。
5.Marc-145细胞:从美国ATCC引起,本实验室保存。
6.pET-IgV-CD151载体:本实验室构建(文献:张钰,孙怀昌,黄燕燕,等.猪CD151重组抗原表达及其免疫血清的PRRSV感染抑制作用.扬州大学学报(农业与生命科学版),2012,33(2):1-5)。
7.ELK16-BoIFNg融合蛋白:本实验室制备(文献:李光亚.自凝肽融合烟草蚀纹病毒蛋白酶的表达、纯化、活性检测与应用.扬州大学硕士学位论文,2016)。
具体操作步骤如下:
1.融合表达载体构建
(1)根据标准密码子表,将PT连接头和ELK16氨基酸序列(文献:Wei Wu,Lei Xing,Bihong Zhou,et al.Active protein aggregates induced by terminally attachedself-assembling peptide ELK16in Escherichia coli.Microbial Cell Factories2011,10:9)推导成核苷酸序列,分别以PT-ELK16(简称PT16)和PT-ELK16-PT(简称P16P)两种连接方式,将序列送南京金瑞斯生物科技有限公司合成,分别克隆在pUC57载体(美国Addgene公司)中。
5-GGATCCCCGACCCCGCCGACCACCCCGACCCCGCCGACCACCCCGACCCCGACCCCGCTGGAACTGGAACTGAAACTGAAACTGGAACTGGAACTGAAACTGAAATAACTCGAG-3(PT16,SEQ ID No.1);
5-AGATCTCCCGACCCCGCCGACCACCCCGACCCCGCCGACCACCCCGACCCCGACCCCGCTGGAACTGGAACTGAAACTGAAACTGGAACTGGAACTGAAACTGAAACCGACCCCGCCGACCACCCCGACCCCGCCGACCACCCCGACCCCGACCCCGTAAGGTACC-3(P16P,SEQ ID No.2)。
(2)用限制酶BamHI和XhoI消化法将PT16序列从pUC57载体上切下,插入pET-30a的相应位点,获得融合表达载体pET-PT16(图1)。
(3)用限制酶BglII和KpnI消化法将P16P序列从pUC57载体上切下,克隆入pET-30a的相应位点,获得融合表达载体pET-P16P(图1)。
(4)根据猪CD151mRNA序列(GenBank:AK240006)设计下列1对引物,正向引物引入EcoRI酶切位点,反向引物引入XhoI酶切位点:
正向引物:5-TCGAATTCTACCAGCAGCTGAGTGCAG-3(SEQ ID No.3);
反向引物:5-TACTCGAGTTACAGGTGCTCCCGGATGAA-3(SEQ ID No.4)。
以pET-IgV-CD151为模板,按照LA Taq DNA聚合酶(Fermentas公司)说明书,用PCR扩增CD151胞外区(LEL)编码序列(图2);用限制酶EcoRI和XhoI消化PCR产物,与相同酶切pET-P16P载体连接,获得重组载体pP16P-LEL。
(5)根据猪CD151mRNA序列设计下列1对引物,正向引物引入EcoRI酶切位点,反向引物引入XhoI酶切位点:
正向引物:5-TCGAATTCTACCAGCAGCTGAGTGCAG-3(SEQ ID No.5);
反向引物:5-TACTCGAGTTAGTCGCCTGCCTCACCCGA-3(SEQ ID No.6)。
以pET-IgV-CD151为模板,按照LA Taq DNA聚合酶说明书,用PCR扩增CD151胞外区前63个氨基酸(N63)基因片段(图2);用限制酶EcoRI和XhoI消化PCR产物,与相同酶切pET-P16P载体连接,获得重组载体pP16P-N63。
(6)根据猪CD151mRNA序列设计下列1对引物,正向引物引入NdeI酶切位点,反向引物引入KpnI酶切位点:
正向引物:5-TCCATATGAGCAACAACTCCCAGGACT-3(SEQ ID No.7);
反向引物:5-TAGGTACCCAGGTGCTCCCGGATGAA-3(SEQ ID No.8)。
以pET-IgV-CD151为模板,按照LA Taq DNA聚合酶说明书,用PCR扩增猪CD151胞外区后63个氨基酸(C63)基因片段(图2);用限制酶NdeI和KpnI消化PCR产物,与相同酶切pET-PT16载体连接,获得重组载体pC63-PT16。
2.融合蛋白表达与纯化
(1)分别将重组载体pP16P-LEL、pP16P-N63和pC63-PT16转化BL21(DE3)大肠杆菌,在卡那霉素(50μg/mL)LB平板上培养过夜;挑取单菌落接种卡那霉素LB培养液,37℃摇床培养过夜;按1:100比例接种卡那霉素2×YT培养液(Tryptone 16g,Yeast extract 10g,NaCl5g,调节pH7.4,加去离子水至1L),37℃摇床培养至OD600=0.5,加入0.2mmol/L IPTG,37℃诱导表达6h。
(2)将细菌培养4℃、4000g离心10min,沉淀用细菌裂解液(50mM Tris-HCl,50mMNaCl,1mM EDTA,5%甘油,pH7.2)离心洗涤3次,用细菌裂解液悬浮,超声波裂解(20W,10s,停15s,3min),4℃、14000g离心20min;沉淀蛋白用含0.2%Triton X-100细菌裂解液离心洗涤3次,用细菌裂解液离心洗涤3次。SDS-PAGE分析结果显示:pP16P-LEL、pP16P-N63和pC63-PT16重组菌能表达预期的24kDa、20kDa和12kDa ELK16-LEL、ELK16-N63和C63-ELK16融合蛋白;经过3次离心洗涤后,纯化融合蛋白为单一蛋白条带(图3)。
3.CD151蛋白PRRSV结合区的确定
(1)用细菌裂解液分别将ELK16-LEL、ELK16-N63和C63-ELK16融合蛋白稀释为500μg/mL,各取100μL与等量PRRSV(106TCID50)混合,4℃孵育60min,设His-CD151融合蛋白阳性对照,ELK16-BoIFNg融合蛋白阴性对照;4℃、14000g离心20min,离心沉淀用细菌裂解液离心洗涤3次,分别用100μL悬浮。
(2)按照RNAisoTMPlus试剂盒(TaKaRa公司)说明书提取病毒RNA,按照RevertAidTMReverse Transcriptase(Fermentas公司)使用说明书进行反转录,根据PRRSV ORF7基因序列(GenBank:EF473139.1)设计下列1对引物:
正向引物:5-GGGGAATGGCCAGYCAGTCAA-3(SEQ ID No.9);
反向引物:5-GCCAGRGGAAAATGKGGCTTCTC-3(SEQ ID No.10)。
(3)以上述反转录产物为模板,按照rTaq DNA polymerase(TaKaRa公司)说明书进行PCR扩增,PCR程序为:94℃/5min;94℃/30s,56℃/30s,72℃/30s,30次循环;72℃/10min。琼脂糖凝胶电泳分析结果显示:从His-CD151、ELK16-LEL和C63-ELK16融合蛋白沉淀中可以扩增出PRRSV ORF7基因片段,在ELK16-N63和ELK16-BoIFNg融合蛋白沉淀中不能扩增出此基因片段(图4),表明CD151蛋白及其C63片段含PRRSV结合区。
4.C63-ELK16融合蛋白结合PRRSV的条件优化
(1)用细菌裂解液将C63-ELK16融合蛋白稀释至0、25、50、75、100μg/mL,各取100μL与等量PRRSV混合,4℃孵育60min,4℃、14000g离心20min,离心沉淀用PBS离心洗涤3次,用PBS溶解,在Marc-145细胞上进行病毒滴定(文献:Jacobs AC,Hermann JR,Munoz-Zanzi C,Prickett JR,Roof MB,Yoon KJ,Zimmerman JJ.Stability of porcine reproductiveand respiratory syndrome virus at ambient temperatures.Journal of VeterinaryDiagnostic Investigation,2010,22:257-260)。结果显示:C63-ELK16融合蛋白结合PRRSV的最佳浓度为75μg/mL。
(2)将100μL(75μg/ml)C63-ELK16融合蛋白与等量PRRSV混合,分别在4、16、28、37℃孵育60min,如前进行离心沉淀、洗涤和病毒滴定。结果显示:C63-ELK16融合蛋白结合PRRSV的最佳温度为28℃。
(3)分别用pH4.0、5.0、6.0、7.0、8.0细菌裂解液将C63-ELK16融合蛋白稀释至75μg/mL,各取100μL与等量PRRSV混合,28℃孵育60min,如前进行离心沉淀、洗涤和病毒滴定。结果显示:C63-ELK16融合蛋白结合PRRSV的最佳pH为7.0.
(4)用pH7.0细菌裂解液将C63-ELK16融合蛋白稀释至75μg/mL,取100μL与等量PRRSV混合,在28℃分别孵育15、30、45、60、90min,如前进行离心沉淀、洗涤和病毒滴定。结果显示:C63-ELK16融合蛋白结合PRRSV的最佳时间为60min。
5.PRRSV洗脱条件的优化
(1)在最佳条件下用C63-ELK16融合蛋白从感染细胞裂解液中沉淀PRRSV,沉淀病毒用菌体裂解液离心洗涤3次,分别用pH2.0、3.0、4.0、5.0、6.0、7.0PBS溶解,4℃孵育60min;用2倍浓度pH7.0PBS中和,4℃、14000g离心20min。病毒滴定结果显示:从C63-ELK16融合蛋白洗脱PRRSV的最佳pH为5.0。
(2)用C63-ELK16融合蛋白从感染细胞裂解液中沉淀PRRSV,沉淀病毒用菌体裂解液离心洗涤3次,沉淀病毒用pH5.0PBS溶解,分别在4、16、28、37℃洗脱10min。病毒滴定结果显示:从C63-ELK16融合蛋白洗脱PRRSV的最佳温度为28℃.
(3)用C63-ELK16融合蛋白从感染细胞裂解液中沉淀PRRSV,沉淀病毒用菌体裂解液离心洗涤3次,用pH5.0PBS溶解,分别在28℃洗脱5、10、15、30、45、60、90min,如前进行离心。病毒滴定结果显示:从C63-ELK16融合蛋白洗脱PRRSV的最佳时间为10min。
6.自聚肽融合CD151蛋白的应用
(1)按照常规方法培养Marc-145细胞,在90%细胞密度时进行PRRSV感染,感染后48h收集细胞培养上清,1000g离心5min;加入同体积PBS,反复冻融细胞3次,1000g离心5min;用PBS(pH7.0)将C63-ELK16融合蛋白稀释为75μg/mL,各取30μL与等体积PRRSV感染细胞上清或裂解细胞混合,在最佳条件下(pH7.0,28℃,60min)沉淀PRRSV,病毒滴定结果显示:PRRSV回收率分别为70.6%和64.3%。在最佳条件(pH5.0,28℃,10min)下进行PRRSV洗脱,用2倍浓度pH7.0PBS中和,4℃、14000g离心20min。病毒滴定结果显示:洗脱后PRRSV回收率分别52.9%和56.3%。
(2)按照常规方法培养大肠杆菌,37℃培养过夜后离心,细菌沉淀用pH7.0PBS悬浮,超声波裂解,离心收集上清液;向大肠杆菌裂解液加入103、104、105PFU/mL PRRSV,各取30μL与等体积C63-ELK16融合蛋白(75μg/ml)混合,在最佳沉淀条件下沉淀(pH7.0,28℃,60min)和洗脱(pH5.0,28℃,10min)病毒。病毒滴定结果显示:从≥103PFU/mL PRRSV细菌裂解液能回收到病毒,从103PFU/mL PRRSV细菌裂解液沉淀病毒的回收率为69.5%。
(2)向自来水加入103、104或105PFU/mL PRRSV,各取30μL与等体积C63-ELK16融合蛋白(75μg/ml)混合,在最佳沉淀条件下沉淀(pH7.0,28℃,60min)和洗脱(pH5.0,28℃,10min)病毒。病毒滴定结果显示:从≥103PFU/mL PRRSV自来水均能回收到病毒,从103PFU/mL PRRSV自来水沉淀病毒的回收率为62.4%。
(3)将1mL猪尿液用0.2μm微孔滤膜过滤除菌,加入105PFU/mL PRRSV,各取30μL与等体积C63-ELK16融合蛋白(75μg/ml)混合,在最佳沉淀条件下沉淀(pH7.0,28℃,60min)和洗脱(pH5.0,28℃,10min)病毒。病毒滴定结果显示:从猪尿液中沉淀PRRSV的回收率为57.6%。
(4)将0.5g猪粪便用5mL PBS(pH7.0)悬浮,4℃、14000g离心20min,上清用0.2μm微孔滤膜过滤除菌;加入105PFU/mL PRRSV,各取30μL与等体积C63-ELK16融合蛋白(75μg/ml)混合,在最佳沉淀条件下沉淀(pH7.0,28℃,60min)和洗脱(pH5.0,28℃,10min)病毒。病毒滴定结果显示:从猪粪便悬浮液中沉淀PRRSV的回收率为50.7%。
Claims (6)
1.一种自聚肽融合CD151蛋白,其特征在于,由猪CD151蛋白PRRSV结合片段和ELK16自聚肽组成。
2.一种制备权利要求1所述自聚肽融合CD151蛋白的方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)将PT连接头和ELK16自聚肽编码序列插入pET-30a表达载体,获得融合表达载体pET-PT16;
(2)将PCR克隆的猪CD151蛋白第158~220位氨基酸编码序列插入pET-PT16载体,获得重组载体pC63-PT16;
(3)将重组载体pC63-PT16转化大肠杆菌,在37℃诱导融合蛋白表达;
(3)用14000g离心沉淀融合蛋白;
(4)用0.2%TritonX-100离心洗涤融合蛋白。
3.根据权利要求2所述的方法,其特征在于:步骤(2)是:CD151蛋白第158~220位氨基酸编码序列具有PRRSV结合活性。
4.权利要求1所述的自聚肽融合CD151蛋白在PRRSV浓缩、纯化和环境监测中的应用。
5.根据权利要求4所述的应用,其特征在于。具体方法如下:
(1)将75μg/ml自聚肽融合CD151蛋白与PRRSV感染细胞或模拟污染环境水样混合,28℃孵育60min;
(2)用14000g离心沉淀蛋白-病毒复合物;
(3)用pH5.0缓冲液洗脱病毒;
(4)用14000g离心去除自聚肽融合CD151蛋白;
(5)用病毒滴定法检测PRRSV。
6.根据权利要求5所述的应用,其特征在于:步骤(1)是:可用于感染细胞以及污水、尿液、粪便等环境样品PRRSV检测;步骤(2)是:沉淀的病毒可直接用于动物体内外试验;步骤(3)是:纯化的PRRSV可用于抗体和疫苗制备。
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