CN108103050A - 一种铜绿假单胞菌噬菌体裂解酶、其编码基因、重组表达载体及其制备方法和应用 - Google Patents

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    • A61K38/00Medicinal preparations containing peptides

Abstract

本发明属于生物工程技术领域,公开了铜绿假单胞菌噬菌体裂解酶、其编码基因、重组表达载体及其制备方法和应用。铜绿假单胞菌噬菌体裂解酶的氨基酸序列和核苷酸序列分别如Seq ID No.1和Seq ID No.2所示,将所述铜绿假单胞菌噬菌体裂解酶的核苷酸序列与载体重组构成重组表达载体,并将该重组表达载体转化入宿主菌构成重组工程菌。本发明的优点在于,本发明提供的铜绿假单胞菌噬菌体裂解酶在体外对铜绿假单胞菌具有较强的裂解活性,可用于制备抑制铜绿假单胞菌的试剂,如制作防治铜绿假单胞菌的抗菌剂以及消毒剂等。本发明提供的铜绿假单胞菌噬菌体裂解酶的制备方法可实现所述铜绿假单胞菌噬菌体裂解酶的大量表达及制备,且分离纯化简单,成本低。

Description

一种铜绿假单胞菌噬菌体裂解酶、其编码基因、重组表达载体 及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于生物工程技术领域,具体涉及一种铜绿假单胞菌噬菌体裂解酶、其编码基因、重组表达载体及其制备方法和应用。
背景技术
假单胞菌属在自然界分布广泛,对人及动物有致病性的菌种有十余种,其中以铜绿假单胞菌(Pseudomonas aeruginosa)最具代表性。铜绿假单胞菌属于革兰氏阴性菌,是一种较为常见的条件致病菌。铜绿假单胞菌引起的很多感染发生在免疫受损或有创操作的住院患者中,是重症监护室感染及呼吸机相关性肺炎的常见病原菌之一,是导致病人院内感染的第三大致病菌。近年来,由于人类过度使用或滥用抗生素,使得致病菌对抗生素逐渐产生耐药性,且其耐药程度日趋严重。针对耐药致病菌,现有抗生素药物已无法达到理想的治疗效果,加之研发新型抗生素的道路变得日益艰难,不仅耗时长,而且仍具有耐药的隐患。研究者们开始逐渐探索新的治疗方法,其中噬菌体及其裂解酶的治疗方法进入研究者们的视线。
噬菌体是一类专门浸染细菌的病毒,对细菌有很强的特异性。噬菌体裂解酶是噬菌体特有增殖阶段产生的肽聚糖裂解酶。它们可以快速地水解宿主微生物的细胞壁,裂解宿主细胞。噬菌体裂解酶与抗生素相比,具有许多优势:噬菌体裂解酶具有高特异性、裂解能力强;细菌较难对其产生耐受性;可与其他药物(如抗生素)进行协同作用;对人体正常细胞及菌群无毒副作用。
最近几年,国内研究者逐渐将研究方向投向噬菌体裂解酶相关领域,关于噬菌体裂解酶的研究报道逐渐增多,且主要集中于噬菌体裂解酶的重组表达制备及活性研究等方面。目前国内已有报道主要是使用原核表达系统进行重组表达。关于铜绿假单胞菌噬菌体裂解酶重组表达的相关报道较少,也同样是采用原核表达系统,其产物分离纯化工艺较为复杂耗时,中试放大及生产具备一定难度。吉林农业大学的杨梅等人于2015年发表文章“铜绿假单胞菌噬菌体裂解酶LysYH6的表达与活性”,以及天津科技大学的杨洪江等人的发明专利申请“铜绿假单胞菌噬菌体裂解酶及应用”(公布号CN107058265A),一种噬菌体的裂解酶及杀菌应用(公布号CN105543256A)均采用原核表达系统,其产物分离纯化工艺较为复杂,不易于放大。
发明内容
为了解决现有技术存在的上述问题,本发明目的在于提供一种铜绿假单胞菌噬菌体裂解酶、其编码基因、重组表达载体及其制备方法和应用,还包括扩增其编码基因的引物。
本发明所采用的技术方案为:
本发明提供了一种铜绿假单胞菌噬菌体裂解酶,所述铜绿假单胞菌噬菌体裂解酶的氨基酸序列如Seq ID No.1所示。
本发明提供了一种前述铜绿假单胞菌噬菌体裂解酶的编码基因,所述编码基因的核苷酸序列如Seq ID No.2所示。
本发明提供了一种重组表达载体,所述重组表达载体由载体和前述的编码基因重组而成,所述载体为pSEP1、pSEP1alpha、pYES-DEST52、pYES2、pPICZ 或pPIC9。
本发明提供了一种重组工程菌,所述重组工程菌由前述重组表达载体转化入宿主菌而成。
具体的,上述重组工程菌,所述宿主菌为大肠杆菌Top10或大肠杆菌DH5α。
具体的,上述重组工程菌,所述宿主菌为酿酒酵母β4、酿酒酵母INVSc1、毕赤酵母X33或毕赤酵母GS115。
本发明提供了一种前述铜绿假单胞菌噬菌体裂解酶的制备方法,包括以下步骤:
(1)从铜绿假单胞菌噬菌体基因组DNA中扩增铜绿假单胞菌噬菌体裂解酶的编码基因,得到编码基因;
(2)将所述编码基因构建至载体pSEP1或pSEP1alpha,得到重组表达载体;
(3)将所述重组表达载体转化进酿酒酵母β4,得到重组工程菌;
(4)发酵培养重组工程菌,加入半乳糖诱导表达铜绿假单胞菌噬菌体裂解酶,得到含有铜绿假单胞菌噬菌体裂解酶的发酵产物;
(5)将发酵产物进行分离纯化,获得铜绿假单胞菌噬菌体裂解酶。
具体的,上述铜绿假单胞菌噬菌体裂解酶的制备方法,步骤(2)中将所述编码基因构建至载体pSEP1alpha;步骤(5)中将发酵产物离心取上清液,用 10kD的膜浓缩上清液,采用Tris-Cl缓冲液顶洗,浓缩后上柱纯化得到铜绿假单胞菌噬菌体裂解酶。
本发明还提供了一种前述铜绿假单胞菌噬菌体裂解酶在制备抑制铜绿假单胞菌的试剂中的应用。
本发明还提供了一种扩增前述铜绿假单胞菌噬菌体裂解酶的编码基因的引物,所述引物为LY23-F和LY23-R,所述LY23-F和LY23-R的序列分别SEQ ID NO.3和SEQ ID NO.4所示。
本发明的有益效果为:
本发明提供的铜绿假单胞菌噬菌体裂解酶在体外对铜绿假单胞菌具有较强的裂解活性,可用于制备抑制铜绿假单胞菌的试剂,如制作防治铜绿假单胞菌的抗菌剂以及消毒剂等。本发明提供的铜绿假单胞菌噬菌体裂解酶的制作方法可实现所述铜绿假单胞菌噬菌体裂解酶的大量表达及制备,且分离纯化简单,成本低。
附图说明
图1为扩增Ly23的电泳结果;
图2为重组表达载体pSEP1alpha-Ly23的图谱;
图3为重组表达载体pSEP1-Ly23的图谱;
图4为重组工程菌β4(pSEP1alpha-Ly23)表达LY23的SDS-PAGE图谱;
图5为重组工程菌β4(pSEP1-Ly23)表达LY23的SDS-PAGE图谱;
图6为重组工程菌β4(pSEP1alpha-Ly23)和重组工程菌β4(pSEP1-Ly23) 表达的LY23的活性比较图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步阐释。
实施例1
本实施例的目的在于提供一种铜绿假单胞菌噬菌体裂解酶的核苷酸序列和氨基酸序列。
根据物种的同源性与保守性,选择与本发明涉及的铜绿假单胞菌噬菌体亲缘关系相近的铜绿假单胞菌噬菌体的DNA序列,根据引物设计原则设计一对引物,分别为LY23-F和LY23-R,所述LY23-F和LY23-R的序列分别如表1中SEQ ID NO.3和SEQ ID NO.4所示。将设计的特异性引物送至基因合成公司合成,分别得到LY23-F和LY23-R,对所得到的LY23-F和LY23-R进行基因测序验证确认;从铜绿假单胞菌噬菌体中扩增培养,并使用基因组提取试剂盒(Qiagen 公司)提取噬菌体基因组DNA,得到DNA样品;使用高保真聚合酶Phusion(Thermo fisher公司)进行聚合酶链式反应(PCR)扩增,PCR扩增体系见表 2,PCR条件为如表3所示,PCR反应完成后,得到PCR产物。
表1
表2
组分 加样量(μL)
2×Phusion PCR Mix 25
引物P1(10μm/L) 1.5
引物P2(10μm/L) 1.5
DNA样品(50-100ng/μL) 0.2-2
H2O 补水至50μL
表3
将上述PCR产物于1%琼脂糖凝胶中进行琼脂糖凝胶电泳,电泳结果如图1所示,DNAMarker为天根公司的Maker IV,图中1~5泳道分别表示加入不同 DNA样品的扩增产物,均为LY23目的片段。切取含有目的基因片段的凝胶块,使用胶回收试剂盒(OMEGA公司)纯化回收目的基因片段,得到纯化目的基因片段,将纯化目的基因片段并送出测序,测序正确的目的基因片段即通过LY23-F和LY23-R扩增得到的铜绿假单胞菌噬菌体裂解酶基因(LY23),将测序正确的LY23序列上传至NCBI的GenBank数据库,得到登录号为KJ561929.1,其氨基酸序列如表4中Seq ID No.1所示,其核苷酸序列如表4中Seq ID No.2 所示。
表4
实施例2
本实施例的目的在于提供一种LY23的重组表达载体。
一种LY23的重组表达载体的制备过程如下:
1、酶切:将实施例1中的PCR回收产物与质粒pSEP1,pSEP1alpha(即载体pSEP1,pSEP1alpha)分别用快速限制性内切酶XhoI(Thermo fisher公司) 和EcoRI(Thermofisher公司)双酶切。取3只EP管,编号为1、2和3,编号 1和2的EP管分别按照表5中反应体系加入各组分,其中质粒DNA即为pSEP1 和pSEP1alpha的DNA(未转入LY23),37℃酶切10min,酶切完成后80℃水浴 5min终止反应,得到质粒DNA的酶切产物(pSEP1和pSEP1alpha的酶切产物),编号3的PCR按照表6中反应体系加入各组分,其中PCR回收片段即为实施例1中得到的纯化目的基因片段,37℃酶切20min,酶切完成后80℃水浴5min 终止反应,得到酶切产物(Ly23的酶切产物)。
表5
组分 加样量(μl)
10×FastDigest Buffer 10
质粒DNA(2μg) 50
FastDigest XhoI 1
FastDigest EcoRI 1
H2O 38
表6
表7
组分 加样量(μl)
DNA片段 4.5
质粒 0.5
Solution I 5
2、纯化:将上述酶切产物分别按照实施例1中纯化回收操作进行纯化回收,分别得到pSEP1、pSEP1alpha和Ly23的纯化酶切产物。
3、连接:将pSEP1的纯化酶切产物和Ly23的纯化酶切产物按照表7中反应体系混匀,于16℃连接过夜,得到连接产物;将pSEP1alpha的纯化酶切产物和Ly23的纯化酶切产物按照表7中反应体系混匀,于16℃连接过夜,得到连接产物,表7中DNA片段即Ly23的纯化酶切产物,质粒即pSEP1的纯化酶切产物或pSEP1alpha的纯化酶切产物。其中,表7中的Solution I购自Takara公司。
4、转化克隆:将上述连接产物分别热激后转化入大肠杆菌(E.coli)Top10,分别挑选阳性克隆子,扩增、用质粒小量提取试剂盒(OMEGA公司)进行质粒提取并寄往生工生物工程(上海)股份有限公司测序,测序正确的质粒即为构建成功的重组表达载体,分别命名为pSEP1-Ly23和pSEP1alpha-Ly23,其图谱分别如图3和图2所示。其他大肠杆菌工程菌菌株也适用于本发明,如DH5α。其他酵母系统表达载体也适用于本发明,如pYES-DEST52,pYES2,pPICZ, pPIC9等。
实施例3
本实施例提供一种包含pSEP1-Ly23和pSEP1alpha-Ly23的重组工程菌。
一种包含pSEP1-Ly23和pSEP1alpha-Ly23的重组工程菌的制备过程如下:
1、制备酵母感受态细胞(β4):
(1)将酵母细胞接种于YPD液体培养基中培养16-18小时;
(2)收集菌体,使用超纯水洗涤3次;
(3)最后重悬于一定体积的PEG4000(成都市科龙化工试剂厂),使细胞密度约为108个/mL,分装为250μL/管。
2、转化(将重组表达载体导入β4):
(1)取2只EP管,编号为1和2,在1号EP管中加入75μL pSEP1-Ly23 载体DNA、250μLβ4充分混合后再加入40μL 1M LiCl,在2号EP管中加入 75μl pSEP1alpha-Ly23载体DNA、250μLβ4充分混合后再加入40μL 1M LiCl (成都市科龙化工试剂厂),分别得到两种重组表达载体与β4混合物,即 pSEP1-Ly23与β4混合物和pSEP1alpha-Ly23与β4混合物;
(2)将上述重组表达载体与β4混合物分别于42℃水浴10min后在30℃静置90min;
(3)将上述步骤(2)中产物分别涂布于两个带有选择标记的选择性平皿上,30℃静置培养3-4天,选择性平皿上所得转化子即为阳性转化子,即得到重组工程菌,分别命名为重组工程菌β4(pSEP1-Ly23)和重组工程菌β4 (pSEP1alpha-Ly23)。
实施例4
本实施例的目的在于诱导重组工程菌β4(pSEP1-Ly23)和重组工程菌β4(pSEP1alpha-Ly23)表达铜绿假单胞菌噬菌体裂解酶(LY23)。
1、诱导
挑取若干重组工程菌β4(pSEP1-Ly23)和重组工程菌β4(pSEP1alpha-Ly23) 单个菌落接种到20mL SC选择培养基中,30℃,220rpm振荡过夜。测定培养液OD600,离心,将菌体重悬于一定体积的SC诱导培养基(以2%半乳糖作为诱导剂)中,使其诱导初始OD600=0.4。30℃,220rpm继续振荡培养约24h。诱导结束后离心,分别收集上清和菌体。
2、鉴定
本实施例中采用SDS-PAGE验证重组工程菌β4(pSEP1-Ly23)和重组工程菌β4(pSEP1alpha-Ly23)是否表达LY23。由于重组工程菌β4(pSEP1-Ly23)表达的LY23位于细胞内,而重组工程菌β4(pSEP1alpha-Ly23),表达的LY23则分泌到胞外,位于培养基上清中,因此,采用不同的蛋白提取方法进行 SDS-PAGE。
对于裂解酶表达于培养基上清的菌株即重组工程菌β4(pSEP1alpha-Ly23), SDS-PAGE样品处理方法则为:将步骤1中的重组工程菌β4(pSEP1alpha-Ly23) 的菌液离心取培养基上清,将培养基上清与上样缓冲液混合后煮沸3min,得到变性总蛋白。
对于裂解酶表达于细胞内的菌株即重组工程菌β4(pSEP1-Ly23), SDS-PAGE样品处理方法如下:将将步骤1中的重组工程菌β4(pSEP1-Ly23) 的菌液离心后取沉淀即菌体,使用酵母总蛋白提取试剂(Thermo Fisher公司) 提取胞内总蛋白,再与上样缓冲液混合,煮沸3min,得到变性总蛋白。
3、结果分析
重组工程菌β4(pSEP1alpha-Ly23)的SDS-PAGE结果如图4所示,图中所示为分离胶浓度为15%的SDS-PAGE胶,每个泳道的变性总蛋白的上样量为10 μL。泳道1和5分别为:β4菌株的培养基上清(未转入pSEP1alpha-Ly23);泳道2、3和4分别为不同转化子(均为确构建成功的重组工程菌β4 (pSEP1alpha-Ly23))的重组工程菌β4(pSEP1alpha-Ly23)的培养基上清。从图3中可以看出,泳道2、3和4在18.5kD处均明显的目的条带,表明重组工程菌β4(pSEP1alpha-Ly23)可以成功表达LY23。
重组工程菌β4(pSEP1-Ly23)的SDS-PAGE结果如图5所示;图中所示为分离胶浓度为15%的SDS-PAGE胶,每个泳道的变性总蛋白的上样量为10μL。泳道1、2和3为不同转化子(均为确构建成功的重组工程菌β4(pSEP1-Ly23)) 的重组工程菌β4(pSEP1-Ly23)的菌体样品;泳道4为阴性对照,具体为β4菌株的菌体裂解液样品(未转入pSEP1-Ly23)。从图3中可以看出,泳道1、2和 3在18.5kD处均明显的目的条带,表明重组工程菌β4(pSEP1-Ly23)可以成功表达LY23。说明两种构建策略的重组工程菌中LY23均可成功表达。
实施例5
本实施例的目的在于检测重组工程菌β4(pSEP1-Ly23)和重组工程菌β4(pSEP1alpha-Ly23)表达的LY23活性。
重组工程菌β4(pSEP1-Ly23)和重组工程菌β4(pSEP1alpha-Ly23)表达的 LY23活性的检测过程如下:
将测试细菌菌株铜绿假单胞菌PAO1接种于LB液体培养基,37℃,220rpm 振荡过夜,离心收集菌体。500μl培养液离心所得菌体重悬于150μL的GTE 缓冲液(50mM葡萄糖,25mM Tris,10mM EDTA,pH8.0)中,然后与50μL 氯仿混匀,室温孵育30min,得到测试细菌菌悬液。
将300μL的LY23酶液,具体分别为重组工程菌β4(pSEP1alpha-Ly23)(2#) 的培养液上清或是重组工程菌β4(pSEP1-Ly23)(1#)的菌体裂解液,加入上述测试细菌菌悬液200μL,室温混匀后静置5min,然后吸取混悬液200μL到96 孔细胞培养板,用分光光度计测定40min内一定时间间隔的OD620的变化。 OD620读值减小的程度反映细菌裂解程度。阴性对照分别是酿酒酵母β4的培养液上清和菌体。结果如图6所示,室温反应40min,2#上清样品与1#菌体样品宿主细菌数量均有明显下降,与各自对照组相比具有显著差异。可以看出,2# 上清样品的LY23活性显著优于1#菌体样品的LY23活性。由此说明,未纯化的重组噬菌体裂解酶LY23活性均较强,两种构建表达策略相比,表达于上清的 LY23活性更强。
实施例6
本实施例的目的在于将铜绿假单胞菌噬菌体裂解酶LY23分离纯化。
重组工程菌β4(pSEP1alpha-Ly23)表达的LY23的分离纯化过程如下:
重组工程菌β4(pSEP1alpha-Ly23)分泌表达的LY23,其分离纯化方法如下:培养液离心4℃,5000rpm,10min,收集上清。所得上清使用10kD的膜(Merck Millipore公司),20mM/LTris-Cl缓冲液顶洗浓缩至1/5体积。然后用阳离子交换层析柱进行上柱纯化,使用醋酸缓冲液进行洗脱,所得到LY23纯度为90%,收率为80%。
本发明不局限于上述可选的实施方式,任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品。上述具体实施方式不应理解成对本发明的保护范围的限制,本发明的保护范围应当以权利要求书中界定的为准,并且说明书可以用于解释权利要求书。

Claims (10)

1.一种铜绿假单胞菌噬菌体裂解酶,其特征在于:所述铜绿假单胞菌噬菌体裂解酶的氨基酸序列如Seq ID No.1所示。
2.一种权利要求1所述铜绿假单胞菌噬菌体裂解酶的编码基因,其特征在于:所述编码基因的核苷酸序列如Seq ID No.2所示。
3.一种重组表达载体,其特征在于:所述重组表达载体由载体和权利要求2所述的编码基因重组而成,所述载体为pSEP1、pSEP1alpha、pYES-DEST52、pYES2、pPICZ或pPIC9。
4.一种重组工程菌,其特征在于:所述重组工程菌由权利要求3所述的重组表达载体转化入宿主菌而成。
5.根据权利要求4所述的重组工程菌,其特征在于:所述宿主菌为大肠杆菌Top10或大肠杆菌DH5α。
6.根据权利要求4所述的重组工程菌,其特征在于:所述宿主菌为酿酒酵母β4、酿酒酵母INVSc1、毕赤酵母X33或毕赤酵母GS115。
7.一种权利要求1所述的铜绿假单胞菌噬菌体裂解酶的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)从铜绿假单胞菌噬菌体基因组DNA中扩增铜绿假单胞菌噬菌体裂解酶的编码基因,得到编码基因;
(2)将所述编码基因构建至载体pSEP1或pSEP1alpha,得到重组表达载体;
(3)将所述重组表达载体转化进酿酒酵母β4,得到重组工程菌;
(4)发酵培养重组工程菌,加入半乳糖诱导表达铜绿假单胞菌噬菌体裂解酶,得到含有铜绿假单胞菌噬菌体裂解酶的发酵产物;
(5)将发酵产物进行分离纯化,获得铜绿假单胞菌噬菌体裂解酶。
8.根据权利要求7所述的制备方法,其特征在于:步骤(2)中将所述编码基因构建至载体pSEP1alpha;步骤(5)中将发酵产物离心取上清液,用10kD的膜浓缩上清液,采用Tris-Cl缓冲液顶洗,浓缩后上柱纯化得到铜绿假单胞菌噬菌体裂解酶。
9.一种权利要求1所述的铜绿假单胞菌噬菌体裂解酶在制备抑制铜绿假单胞菌的试剂中的应用。
10.一种扩增权利要求2所述的铜绿假单胞菌噬菌体裂解酶的编码基因的引物,其特征在于:所述引物为LY23-F和LY23-R,所述LY23-F和LY23-R的序列分别SEQ ID NO.3和SEQ IDNO.4所示。
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