CN1116414C - 动物去势疫苗基因及基因工程体 - Google Patents
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Abstract
本发明动物去势疫苗基因及重组基因载体，用于生产家畜家禽去势基因工程亚单位疫苗，属于生物技术高科技领域。其方法如下：人工合成畜用、禽用或畜禽通用的LHRH基因片段，其5′端和3′端分别加有NcoI和XhoI酶切位点，插入pET-32c质粒，构建成4种表达LHRH-Trx融合蛋白的pET-32c LHRHn-N/X重组质粒。将重组质粒转化大肠杆菌BL21(DE3)，表达产物为可溶性蛋白，便于提取纯化，家畜、家禽通用，免疫鸡、猪、羊、兔、犬、猫等动物，可有效去势。图为重组质粒pET-32c LHRHn(L1、L2、L3、L4)-N/X的构建。
Description
(一)技术领域
本发明动物去势疫苗基因及重组基因载体，用于生产家畜家禽去势用促黄体素释放激素(LHRH)基因工程亚单位疫苗，属于生物技术高科技领域。
(二)技术背景
促黄体素释放激素(Luteinizing hormore releasing hormore，LHRH)是由动物下丘脑分泌的一种十肽激素，其主要生物学功能是控制脑下垂体前叶细胞合成和分泌促黄体激素(LH)及促卵泡激素(FSH)，这些激素能促进性腺及性器官的正常发育，维持动物的生殖功能。去势疫苗可免疫调控动物内分泌系统的性相关激素水平，抑制动物性器官发育，使动物丧失性行为和性功能，从而防止混乱交配(引起畜群退化)和争斗，促进动物生长，改善胴体组成和肉质(使肉质鲜嫩并防止膻味)，提高饲料报酬。其机理是通过LHRH合成抗原或重组抗原作疫苗免疫动物后，在体内形成LHRH抗体，中和内源性LHRH，从而显著降低睾酮及雌激素等性激素水平，达到温和去势的目的。与传统手术去势相比，疫苗去势不仅简便易行，给管理上带来极大的方便，尤其适合于规模化养殖和放牧畜群，而且可防止手术去势导致的出血、感染及应激造成的减食和体重下降，另外疫苗去势可适用于大动物或小动物(鸡等小动物手术较困难)、雌性或雄性动物、幼龄和成年动物、畜禽和其他动物，再者疫苗去势可通过配套技术实现可逆性控制。
通过免疫方法促使动物产生抗LHRH的抗体，以中和LHRH的生理作用，从而抑制性腺的发育以达到去势的目的，其可行性已被国内外许多学者证实，但大多数研究都集中在合成肽疫苗，虽然免疫效果显著，终因成本太高而无法进入实际应用。王彩平等将LHRH/HBsAg融合蛋白在家蚕杆状病毒中进行表达，但也因表达产量低，提纯工艺繁琐而未能推广应用。
(三)发明内容
技术问题本发明的目的是设计动物去势疫苗基因，构建能高效表达LHRH融合蛋白的动物去势疫苗重组基因载体，可以用于研制高产、优质、高效、低成本、工艺简便，适合规模生产、使用方便，而且安全性高，无残留，无潜在危险的动物去势基因工程疫苗，免疫动物，替代传统的手术去势。
技术方案本发明所提供的动物去势疫苗基因，其通式为：
5′--保护性碱基--限制性酶切位点--框架保证碱基--LHRH基因--终止子--限制性酶切位点--保护性碱基--3′其中，保护性碱基可以是A、T、G、C任选；
限制性酶切位点是指Nco I、EcoR I、HindIII、Xho I、BamH I等限制性酶的切点；
框架保证碱基可以是A、T、G、C任选；
LHRH基因是指家畜LHRH基因，或者是家禽LHRH基因，或者是LHRH基因和家禽LHRH基因串联。
上述动物去势疫苗基因，例举具体的基因序列如下：
家畜用去势疫苗LHRH基因序列-L1：
5′-GG
CCATGGCTGAGCATTGGTCTTATGGCCTGCGCCCAGGT
NcoI
TAATGAA
CTCGAGCA-3′
终止子 Xho I
家禽用去势疫苗LHRH基因序列-L2：
5′-GG
CCATGGCTGAGCACTGGTCTTACGGCCTGCAGCCGGGT
NcoI
TAATGAA
CTCGAGCA-3′
终止子 Xho I
畜/禽通用去势疫苗LHRH基因序列之1-L3：
5′-GG
CCATGGCTGAACACTGGTCCTACGGTCTGCGTCCGGGT
NcoI
GGCGGTGAGCACTGGTCTTACGGCCTGCAGCCGGGTGGCGGTGAACATTG
GTCTTACGGTCTGCGCCCGGGT
TAATGAA
CTCGAGCA-3′
终止子 Xho I
畜/禽通用去势疫苗LHRH基因序列之2-L4：
5′-GG
CCATGGCTGAACACTGGTCCTACGGTCTGCGTCCGGGT
Nco IGGCGGTGAGCACTGGTCTTACGGCCTGCAGCCGGGTGGCGGTGAACATTGGTCTTACGGTCTGCGCCCGGGTGGCGGTGAGCACTGGTCTTACGGCCTGCAGCCGGGTGGCGGTGAACACTGGTCCTACGGTCTGCGTCCGGGTGGCGGTGAGCACTGGTCTTACGGCCTGCAGCCGGGTGGCGGTGAACATTGGTCTTACGGTCTGCGCCCGGGT
TAATGAA
CTCGAGCA-3′
终止子 Xho I
用上述动物去势疫苗基因构建的重组基因载体，pET-32c LHRHn-N/X重组表达质粒，是通过以下方法构建获得的：
1.LHRH基因片段的退火
将人工合成的动物去势疫苗基因片段的正链和负链，分别用灭菌超纯水溶解成浓度为100pmol/μl(相当于1.82μg/μl)的溶液，各取2μl加入72μl超纯净水中混匀，置沸水浴中2min后缓慢冷却至室温，-20℃冻存备用；
2.LHRH基因的酶切
用NcoI及XhoI对退火后的LHRH基因进行双酶切，酶切产物直接用于连接反应；
3.pET-32c质粒的提取、酶切及回收
pET-32c质粒的提取后，用NcoI及XcoI对pET-32c质粒进行双酶切。取10μl酶切产物进行1％琼脂糖凝胶电泳，回收酶切大片段，置液氮中冻5min，而后置37℃水浴中融化，10000r/min离心10min，吸取上清-20℃冻存备用；
4.连接
DNA连接反应体系如下：
PET-32c双酶切回收产物 2.5μl
LHRH基因酶切产物 7.5μl
DNA Ligation Kit Solution I 10μl上述混合物16℃反应30min后立即用于转化；
5.大肠杆菌DH5α感受态细胞的制备；
6.转化
取10μl连接产物转化200μl大肠杆菌DH5α感受态细胞，取200μl转化产物涂布含Amp 50μg/ml的LB琼脂平板，平板置37℃温箱中培养18小时，挑取转化后的单个菌落，接种含Amp的LB肉汤扩大培养后提取质粒，即为重组基因载体pET-32c LHRHn-N/X重组质粒。
有益效果 本发明所提供的动物去势疫苗基因及其重组基因载体，可高效表达LHRH-Trx融合蛋白(表达量30％以上)，用于生产家畜家禽去势用促黄体素释放激素(LHRH)基因工程亚单位疫苗。由于鸟类和哺乳动物的LHRH有一个氨基酸不同，分别构建了表达鸟类、哺乳类及不同数量鸟类/哺乳类相间串联的LHRH基因的重组表达质粒(L1、L2、L3、L4)。经检验测试，本发明所提供的重组基因载体，在表达量、免疫原性、生产简便性、去势有效性、安全性、成本等各方面均符合产业化要求。用其制造疫苗，生产简易，成本低廉，安全有效。4种质粒中，L1表达产物对家畜有效，L2对家禽有效，L3及L4家畜家禽通用，L4免疫产生期及免疫持续期等方面的效力又优于L3，可根据各种不同的应用需要加以选择。
采用该工程体在实验室条件下生产L1、L2、L3和L4苗样各3批，其表达产量稳定，表达产物蛋白量均达菌体总蛋白量的30％以上。表达产物均稳定具有良好的免疫原性，表现在：(1)表达产物与Sigma公司的LHRH标准抗体发生特异性反应；(2)免疫动物后能有效激发产生高效价的LHRH抗体，该抗体能在体外试验中与LHRH发生特异性反应。共免疫小鼠210只，兔50只，土鸡30只，猪640头，猫6只，狗4只，免疫动物后均能有效激发抗体，性成熟期观测，在性行为、性功能、性激素水平、性器官发育抑制等各方面综合评定，可有效去势，明显改善肉质，并可明显促进增重和提高饲料报酬。以公兔为例，免疫组平均睾丸重量为1.32±0.38g，对照组平均睾丸重为3.18±0.47g，组织学观察证实，免疫组睾丸实质萎缩，多无精子形成能力(个别有精子，但活检时没有活力)。
(四)附图说明
图1.重组质粒pET-32c LHRHn(L1、L2、L3、L4)-N/X的构建
图2.不同IPTG浓度诱导对LHRH1-Trx(L1)融合蛋白表达产量的影响
1.0mM IPTG 2.0.05mM IPTG 3.0.1mM IPTG
4.0.5mM IPTG 5.1.0mMIPTG 6.2.0mM IPTG
7，8，9.2.0mM IPTG(不同诱导时间)M.蛋白质分子量标志
图3.多次转化表达LHRH3-Trx(L3)融合蛋白产量均高效稳定(1mMIPTG诱导4h)
图4.LHRH1-Trx(L1)融合蛋白免疫后的家兔睾丸大小变化
1，2.LHRH-Trx(L1)融合蛋白皮内注射组 3，4.LHRH-Trx融合蛋白肌肉注射组
5，6.PET-32c载体蛋白免疫组 7，8.空白对照组
图5.LHRH1-Trx(L1)融合蛋白免疫后的家兔睾丸组织学变化
A.正常对照兔睾丸组织切片 B.表达产物免疫兔睾丸组织切片
(五)具体实施方式
实施例：
1.LHRH基因的设计和人工合成
根据鸟类、哺乳类LHRH的氨基酸序列设计基因，在5′端和3′端分别加
上NcoI和XhoI两个酶切位点及保护性碱基，用DNA自动合成仪合成基因。
1.1.家畜用疫苗LHRH基因序列-L1：
5′-GG
CCATGGCTGAGCATTGGTCTTATGGCCTGCGCCCAGGT
NcoI
TAATGAA
CTCGAGCA-3′
终止子 XhoI
1.2.家禽用疫苗LHRH基因序列-L2：
5′-GG
CCATGGCTGAGCACTGGTCTTACGGCCTGCAGCCGGGT
NcoI
TAATGAA
C TCGAGCA-3′
终止子 XhoI
1.3.畜/禽通用疫苗LHRH基因序列之1-L3：
5′-GG
CCATGGCTGAACACTGGTCCTACGGTCTGCGTCCGGGT
NcoIGGCGGTGAGCACTGGTCTTACGGCCTGCAGCCGGGTGGCGGTGAACATTGGTCTTACGGTCTGCGCCCGGGT
TAATGAA
CTCGAGCA-3′
终止子 XhoI
1.4.畜/禽通用疫苗LHRH基因序列之2-L4：
5′-GG
CCATGGCTGAACACTGGTCCTACGGTCTGCGTCCGGGT
NcoIGGCGGTGAGCACTGGTCTTACGGCCTGCAGCCGGGTGGCGGTGAACATTGGTCTTACGGTCTGCGCCCGGGTGGCGGTGAGCACTGGTCTTACGGCCTGCAGCCGGGTGGCGGTGAACACTGGTCCTACGGTCTGCGTCCGGGTGGCGGTGAGCACTGGTCTTACGGCCTGCAGCCGGGTGGCGGTGAACATTGGTCTTACGGTCTGCGCCCGGGT
TAATGAA
CTCGAGCA-3′
终止子 XhoI
2.LHRH基因克隆(图1)
2.1.LHRH基因片段的退火
将人工合成的动物去势疫苗基因片段的正链和负链，分别用灭菌超纯水溶解成浓度为100pmol/μl(相当于1.82μg/μl)的溶液，各取2μl加入72μl超纯水中混匀，置沸水浴中2min后缓慢冷却至室温，-20℃冻存备用。
2.2.LHRH基因的酶切
用NcoI及XhoI对退火后的LHRH基因进行双酶切。酶切产物直接用于连接反应。
2.3.pET-32c质粒的提取、酶切及回收
pET-32c质粒的提取用碱裂解法，参照文献[美]J.萨姆布鲁克等著，《分子克隆实验指南》介绍的方法。用NcoI及XhoI对pET-32c质粒进行双酶切。取10μl酶切产物进行1％琼脂糖凝胶电泳，回收酶切大片段，置液氮中冻5min，而后置37℃水浴中融化，10000r/min离心10min，吸取上清-20℃冻存备用。
2.4.连接
DNA连接反应体系如下：
pET-32c双酶切回收产物 2.5μl
LHRH基因酶切产物 7.5μl
DNA Ligation Kit Solution I 10μl上述混合物16℃反应30min后立即用于转化。
2.5.感受态细胞的制备
参照文献[美]J.萨姆布鲁克等著，《分子克隆实验指南》介绍的方法制备大肠杆菌DH5α感受态细胞。
2.6.转化
取10μl连接产物转化200μlDH5α感受态细胞，具体操作参照文献[美]J.萨姆布鲁克等著，《分子克隆实验指南》介绍的方法进行。取200μl转化产物涂布含Amp 50μg/ml的LB琼脂平板，同时设未转化的感受态细胞对照(阴性对照)及pET-32c质粒转化的感受态细胞对照(阳性对照)。平板置37℃温箱中培养18小时。
2.7.重组质粒的酶切筛选
pET-32c质粒多克隆位点有EcoRI及HandIII酶切位点，当插入LHRH基因后这两个酶切位点应该消失，而NcoI和XhoI酶切位点仍然存在。据此原理，挑取转化后的单个菌落，接种含Amp的LB肉汤扩大培养后提取质粒，分别用HindIII、EcoRI、NcoI及XhoI进行单酶切，挑选HindIII及EcoRI酶切位点消失而NcoI及XhoI酶切位点仍存在的阳性克隆。
2.8.重组质粒的序列测定
挑选经酶切鉴定的重组质粒，以T7 Terminater primer作为测序引物，由宝生物工程(大连)有限公司进行序列测定。
3.pET-32c LHRHn-N/X重组质粒在大肠杆菌BL21(DE3)中的表达
3.1.BL21(DE3)感受态细胞的制备
方法同1.2.5。
3.2.转化
用碱裂解法小量提取经序列测定的重组质粒及pET-32c质粒分别转化大肠杆菌BL21(DE3)感受态细胞，方法同2.6。
3.3.重组质粒在BL21(DE3)中的表达
挑取重组质粒转化菌落接种5ml含Amp 50μg/ml的LB肉汤，37℃摇震培养过夜(转速为250rpm，下同)，次日按1％接种量接种于30ml含Amp 50μg/min的LB肉汤中，于37℃摇床中培养至OD600达0.5左右，取出1ml菌液置Eppendorf管中2000r/min离心1min，弃上清于-20℃冻存备用，作为诱导前对照，其余培养物加入终浓度为1mM的IPTG进行诱导表达3-4小时，取1ml诱导后菌液同样离心弃上清保留沉淀。同时对pET-32c质粒转化菌进行同样操作作为对照。
3.4.SDS聚丙烯酰胺凝胶电泳(SDS-PAGE)
将诱导前菌体，诱导后重组质粒转化菌及诱导后pET-32c载体质粒转化菌沉淀用蒸馏水重悬加等体积的2×载体buffer，煮沸5min，各取10μl进行不连续SDS-PAGE(浓缩胶5％，分离胶13％)。电泳结束后，凝胶用考马斯亮蓝(R250)进行染色。用凝胶成像处理系统进行条带灰度扫描，测定表达融合蛋白与菌体总蛋白之比。
3.5.表达蛋白的可溶性
将LHRH-pET-32c质粒转化菌过夜培养物按1％接种量接种100ml LB肉汤，37℃摇床培养至OD600＝0.5左右时，加入IPTG至终浓度1mM，继续培养4h后，离心弃上清，全部菌体沉淀用10ml PBS(pH7.4)重悬，超声波破碎(冰浴)5min，超声功率为240W，离心后将上清转移至另一容器中，沉淀用10ml PBS重悬，各取50μl上清及沉淀悬液加入等体积的2×载样buffer，进行SDS-PAGE；同时，对pET-32c质粒转化菌进行上述同样操作作对照。另外设未用超声波裂解的全菌对照。对凝胶进行灰度扫描确定目的蛋白的含量。
4.LHRH-Trx融合蛋白的免疫原性鉴定
4.1.试验动物
小鼠200只，兔50只，土鸡30只，猪600头，猫6只，狗4只。
4.2.免疫方案：
将表达产物用弗氏佐剂及白油佐剂等配制疫苗，通过皮内注射和肌肉注射等免疫途径注射动物，免疫剂量0.2-2ml不等，视动物体重大小而定。一般在动物性成熟前免疫。
4.3.免疫动物性功能及性器官检查
4.3.1.性功能检查
在性成熟期后，将试验动物与同种异性健康成年动物合养，观察性行为、性征及繁殖能力等情况。
4.3.2.性腺、性器官检查
剖解检查，采集睾丸、卵巢，其一立即置中性福尔马林中固定，作组织切片分析，其二称重、测量大小和检查睾丸有无精子及精子活力等。
结果分析：
1.四种能稳定、高效表达LHRH-Trx融合蛋白的重组质粒
构建了表达鸟类、哺乳类及不同数量鸟类/哺乳类相间串联的LHRH融合蛋白的4种重组表达质粒。序列分析表明基因合成和插入正确。质粒经保存后多次转化大肠杆菌，表达量及表达产物的免疫原性均很稳定，表达水平始终在菌体总蛋白的30％以上。
2.可溶性的表达产物
实现了LHRH-Trx融合蛋白的可溶性表达，表达产物几乎完全以可溶性形式存在(而非包涵体)。用渗透休克方法对LHRH融合蛋白及pET-32c载体蛋白进行提取，结果LHRH重组菌经高渗处理后能将LHRH-Trx融合蛋白单一地释放出来，而且纯度达90％以上，而pET-32c空载体蛋白仍存在于菌体中不能释放出来。为提取和纯化表达产物制备疫苗提供了极大的方便。
3.表达产物有很强的LHRH抗原性
表达产物和LHRH抗体有很好的反应性，该反应能被LHRH标准品阻断；免疫动物能有效激发LHRH抗体，中和内源性LHRH，从而显著降低睾酮及FSH等性激素水平，达到温和去势的目的，而且，疫苗免疫可防止手术去势导致的出血、感染及应激造成的减食和体重下降。
Claims (2)
1、动物去势疫苗LHRH基因，其具体的基因序列如下：
5′-GG
CCATGGCTGAACACTGGTCCTACGGTCTGCGTCCGGGT
NcoIGGCGGTGAGCACTGGTCTTACGGCCTGCAGCCGGGTGGCGGTGAACATTGGTCTTACGGTCTGCGCCCGGGT
TAATGAA
CTCGAGCA-3′
终止子 XhoI
2.含权利要求1所述动物去势疫苗基因的重组表达载体，是通过以下方法构建获得的：
2.1LHRH基因片段的退火
人工合成的动物去势疫苗基因片段L3：
5′-GG
CCATGGCTGAACACTGGTCCTACGGTCTGCGTCCGGGT
NcoIGGCGGTGAGCACTGGTCTTACGGCCTGCAGCCGGGTGGCGGTGAACATTGGTCTTACGGTCTGCGCCCGGGT
TAATGAA
CTCGAGCA-3′
终止子 XhoI
将人工合成的动物去势疫苗基因片段的正链和负链，分别用灭菌超纯溶解成浓度为100pmol/l的溶液，各取2μl加入72μl超纯水中混匀，置沸水浴中2min后缓慢冷却至室温，-20℃冻存备用；
2.2 LHRH基因的酶切
用NcoI及XhoI对退火后的LHRH基因进行双酶切，酶切产物直接用于连接反应；
2.3 pET-32c质粒的提取、酶切及回收
pET--32c质粒的提取后，用NcoI及XhoI对PET-32c质粒进行双酶切。取10μl酶切产物进行1％琼脂糖凝胶电泳，回收酶切大片段，置液氮中冻5min，而后置37℃水浴融化，10000r/min离心10min，吸取上清-20℃冻存备用；
2.4连接
DNA连接反应体系如下：
PET-32c双酶切回收产物 2.5μl
LHRH基因酶切产物 7.5μl
DNA Ligation Kit Solution I 10μl上述混合物16℃反应30min后立即用于转化；
2.5.大肠杆菌DH5α感受态细胞的制备；
2.6转化
取10μl连接产物转化200μlDH5α感受态细胞，取200μl转化产物涂布含Amp 50μg/ml的LB琼脂平板，平板置37℃温箱中培养18小时，挑取转化后的单个菌落，接种含Amp的LB肉汤扩大培养后提取质粒，即为重组质粒。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| ASS | Succession or assignment of patent right |
Owner name: CHENGDU RUISHENG HIGH-TECH CO., LTD. Free format text: FORMER OWNER: NANJING AGRICULTURAL UNIVERSITY; CHENGDU RUISHENG HIGH-TECH CO., LTD. Effective date: 20011114 |
|
| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20011114 Applicant after: Chengdu Ruisheng Hi-Tech Co., Ltd. Applicant before: Nanjing Agricultural University Applicant before: Chengdu Ruisheng Hi-Tech Co., Ltd. |
|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| ASS | Succession or assignment of patent right |
Owner name: CHENGDU RUISHENG NEUTRALIZATION BIOTECHNOLOGY CO., Free format text: FORMER OWNER: CHENGDU RUISHENG HI-TECH CO., LTD. Effective date: 20140317 |
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| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| COR | Change of bibliographic data |
Free format text: CORRECT: ADDRESS; FROM: 610031 CHENGDU, SICHUAN PROVINCE TO: 611830 CHENGDU, SICHUAN PROVINCE |
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| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20140317 Address after: 611830 Sichuan Economic Development Zone, Dujiangyan, Sichuan, Chengdu, Dujiangyan Patentee after: Chengdu Rui Zhonghe biological science and Technology Co Ltd Address before: 610031 No. two, middle section, Renmin Road, Chengdu, Sichuan Province, China 53 Patentee before: Chengdu Ruisheng Hi-Tech Co., Ltd. |
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| ASS | Succession or assignment of patent right |
Owner name: CHENGDU RUISHENG HI-TECH CO., LTD. Free format text: FORMER OWNER: CHENGDU RUISHENG NEUTRALIZATION BIOTECHNOLOGY CO., LTD. Effective date: 20150708 |
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| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20150708 Address after: High tech Zone Chengdu city Sichuan province 610041 Gaopeng Road No. 3 21D Patentee after: Chengdu Ruisheng Hi-Tech Co., Ltd. Address before: 611830 Sichuan Economic Development Zone, Dujiangyan, Sichuan, Chengdu, Dujiangyan Patentee before: Chengdu Rui Zhonghe biological science and Technology Co Ltd |
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20030730 Termination date: 20190623 |
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |