CN113336833A - 一种高效分泌表达猪流行性腹泻病毒s1蛋白的生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于生物技术领域，具体涉及一种高效分泌表达猪流行性腹泻病毒S1蛋白的生产方法。本发明通过聚纤维纸片载体利用细胞生物反应器扩增表达猪流行性腹泻病毒S1蛋白，在细胞培养阶段用含10％胎牛血清的DMEM培养基，待培养2‑3天后，弃去全部培养基并用PBS冲洗1‑2遍去除血清，后全部换成无血清培养基开始生产表达猪流行性腹泻病毒S1蛋白；每隔3‑5天收集部分培养基并重新加入无血清培养基，并根据每天细胞的糖耗补充葡萄糖，使葡萄糖的浓度保持在4g/L。采用本发明提供的方法有效提高细胞的表达水平，降低了疫苗的制造成本，为实现疫苗的规模化生产奠定了基础。

Description

一种高效分泌表达猪流行性腹泻病毒S1蛋白的生产方法

技术领域

本发明属于生物技术领域，具体涉及一种高效分泌表达猪流行性腹泻病毒S1蛋白的生产方法。

背景技术

猪流行性腹泻(Porcine epidemic diarrhea，PED)由猪流行性腹泻病毒(Porcineepidemic diarrhea virus，PEDV)引起的以猪的呕吐、水样腹泻、脱水以及哺乳仔猪的高死亡率为特征的急性、高度传染性肠道疾病。20世纪70年代该病主要流行于欧洲各主要猪生产国；1982年，首次在亚洲的日本发现，并迅速传播至邻国。1984年宣华等通过荧光抗体试验和血清中和试验证实该病在我国的存在,目前在我国广泛流行。PEDV的流行影响到中国许多的省份所有年龄段的猪群，该病的受感染猪群发病率高达80-100％和哺乳仔猪的死亡率高达50％-90％。现在国内外的疫苗主要为减毒或灭活疫苗，这些疫苗对我国的PED控制起到一定作用，但效果并不理想，每年PED的发生都对我国养猪业造成巨大损失，急需亟需研发一种生物安全性高、免疫效果好的新型PEDV疫苗对其进行有效控制。

PEDV具有典型的冠状病毒结构，主要结构蛋白有S蛋白、M蛋白、N蛋白和E蛋白。其中纤突蛋白(S)可以辨别靶细胞及促进病毒和细胞膜的融合，故被认为是发展有效抵抗冠状病毒的主要靶抗原。PEDV不能像其他冠状病毒一样切割成S1和S2亚基，根据其他冠状病毒S蛋白保守的基序可以将PEDV S蛋白人为分为S1和S2蛋白，其中S1蛋白在识别宿主细胞上的入胞受体，促进病毒囊膜与细胞膜的融合，从而介导病毒的入侵，包含PEDV主要的中和抗原表位和受体结合域，是研究开发猪流行性腹泻基因工程疫苗的重要靶蛋白。

本发明人前期构建的能分泌性表达猪流行性腹泻病毒S1蛋白的重组细胞系，该细胞系在细胞培养瓶中的表达量能够达到0.2g/L。为了进一步提高细胞的表达水平，降低疫苗的制造成本，以及进一步实现疫苗生产的规模化，我们在原有的基础上，利用生物反应器和无血清培养基研究该细胞的规模化培养生产工艺方法。

发明内容

针对现有技术普遍存在的缺陷，本发明提供了一种高效分泌表达猪流行性腹泻病毒S1蛋白的生产方法。本发明提供的生产方法，产能高且培养条件稳定，具有很高的重复性和稳定性，蛋白表达量均可达到0.5g/L以上，应用前景广阔。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种高效分泌表达猪流行性腹泻病毒S1蛋白的生产方法，包括如下步骤：

S1、将细胞生物反应器用磷酸缓冲液PBS彻底清洗2遍，并加入2L含血清的DMEM完全培养基，37℃下过夜预处理并做无菌检验，获得无菌的细胞生物反应器；

S2、利用细胞工厂生产所需要的细胞总量，然后将细胞用2L DMEM完全培养基稀释后缓慢接种至步骤S1所得无菌的细胞生物反应器中的灌注袋内，静止吸附1h，然后进行低速、高速循环，使细胞吸附于生物反应器中的聚纤维纸片载体上，取样检测糖浓度作为起始糖浓度，最后进行细胞培养，设定细胞培养条件为：培养温度：37-37.5℃，细胞培养pH：7.0-7.5，细胞培养DO：40％-80％，转速：80-100rpm，循环速度：300-400mL/min；

S3、每隔12-24小时取出培养液检测葡萄糖，检测细胞耗糖，评估细胞的生长情况，每天根据细胞糖耗，计算平均糖耗速度，用蠕动泵将300g/L的葡萄糖缓慢泵进反应器中，补充葡萄糖浓度到4g/L；

S4、当每天糖耗超过2g/L时，将原含血清的培养基打出，打入2L PBS清洗反应器，后打入4L无血清培养基进行表达，同时将反应器条件设置为细胞培养温度：35～35.5℃，细胞培养pH：6.8-7.0，细胞培养DO：30％-80％，转速：50-60rpm，循环速度：150-200mL/min；

S5、每隔3-5天换收集1/2-2/3L体积的培养基，并换入等量新的无血清培养基；检测每批蛋白的表达量，当表达量明显降低或者葡萄糖消耗明显变少后，生物反应器下罐，取上中下部分纸片，显微镜下观察。

优选地，步骤S1所述生物反应器为4L反应器。

优选地，步骤S1所述含血清的DMEM完全培养基中含有8～12％胎牛血清，4.4～4.6g/L的葡萄糖；步骤S2所述完全培养基的总用量为3.8～4.2L。

优选地，步骤S2所述利用细胞工厂生产细胞的过程为：从液氮储存罐中取出保存的表达猪流行性腹泻病毒S1蛋白的HEK-293T细胞株，置于37℃的恒温水浴锅中迅速融化，800rpm离心5min去除细胞冻存液，用含10％胎牛血清的DMEM完全培养基重悬后置于150mM细胞培养皿中在二氧化碳培养箱中培养，待细胞长满后按1：5进行传代，直至传代到40个150mm培养皿，细胞总数达到1.5×10⁸以上时，消化细胞并转移接种至10层细胞工厂中，底面积640cm²，直至细胞长满，接种至生物反应器中。

优选地，所述HEK-293T细胞接种至生物反应器中时的接种量1.5-2.5×10⁹个。

优选地，步骤S2所述低速、高速循环条件为：低速130-170mL/min循环20-30min，高速180-220mL/min循环20-30min。

优选地，步骤S2及步骤S4中均用7～8％NaHCO₃和CO₂调节pH，用N₂调节溶氧DO。

优选地，步骤S5所述表达量明显降低为低于0.20g/L，葡萄糖消耗明显变少为少于1g/L。

与现有技术相比，本发明提供的生产方法具有如下优势：

(1)本发明通过优化生产表达过程中的各个参数，一次实验最多可以收集12批次表达蛋白，每批蛋白表达量都能达到0.5g/L以上，产能高且培养条件稳定，具有很高的重复性和稳定性。

(2)本发明方法利用生物反应器使得培养的细胞密度高，蛋白表达量高。节约了很多人力物力成本，使得该疫苗性价比高，具有很大的应用前景。

(3)本发明方法过程中加液、收液都由系统控制，减少操作步骤，降低污染概率，进一步提高生产工艺的稳定性。

附图说明

图1为收集的第1-6批培养液中细胞表达目的蛋白量的电泳检测图；

图2为收集的第6-12批培养液中细胞表达目的蛋白量的电泳检测结果图；

图3为各组培养液中细胞表达目的蛋白量的电泳检测图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步解释，但是应当注意的是，以下实施例仅用以解释本发明，而不能用来限制本发明，所有与本发明相同或相近的技术方案均在本发明的保护范围之内。本实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域常规技术方法和仪器说明书内容进行操作；所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。

所述细胞生物反应器的容量为4L，可购自杭州安普生物工程有限公司；所述无血清培养基可购自Gibco公司的FreeStyle^TM293Expression Medium。

实施例1一种高效分泌表达猪流行性腹泻病毒S1蛋白的生产方法

所述高效分泌表达猪流行性腹泻病毒S1蛋白的生产方法，包括以下步骤：

S1、细胞生物反应器的处理：检查耗材有无破损，记录批次，激流袋、灌注袋充气检漏过夜(注意充气流量别过于大，会把滤膜压破导致袋子废掉)；DO电极通电极化6h以上；第二天校准电极灭菌后，装罐连接管路，系统连接好后要检查气密性，打入PBS缓冲液2.5L，将反应器中的纸片载体浸泡过夜，第三天打出PBS；往上述反应器中加入2L DMEM完全培养基，预处理聚纤维纸片并37℃过夜做无菌检验；

S2、种子细胞的扩增及培养：从液氮储存罐中取出保存的表达猪流行性腹泻病毒S1蛋白的HEK-293T细胞株，置于37℃的恒温水浴锅中迅速融化，800rpm离心5min去除细胞冻存液，用含10％胎牛血清的DMEM完全培养基重悬后置于150mM细胞培养皿中在二氧化碳培养箱中培养。待细胞长满后按1：5进行传代，直至传代到40个150mm培养皿，细胞总数达到1.5×10⁸以上时，消化细胞并转移接种至10层细胞工厂中，底面积640cm²，直至细胞长满后消化计数后转移到生物反应器中；

具体转移过程为：将消化细胞用2L DMEM完全培养基稀释后缓慢接种至灌注袋内，接种量1.5-2.5×10⁹个细胞，静止吸附1h，低速130-170mL/min循环20-30min、再高速180-220mL/min循环20-30min后待细胞都吸附于聚纤维纸片载体上，取样检测糖浓度作为起始糖浓度；设置细胞培养温度：37℃-37.5℃，细胞培养pH：7.0-7.5，细胞培养DO：40％-80％，转速：80-100rpm，循环速度：300-400mL/min；

S3、每隔12-24小时取出培养液检测葡萄糖，检测细胞耗糖，评估细胞的生长情况。葡萄糖采用上海荣盛生物药业公司的葡萄糖测定试剂盒(葡萄糖氧化酶-过氧化物酶法)测定：将标明R1和R2的等量试剂混合1mL，加入20μL样品，37℃水浴13min，显色后，在波长505mM处读取吸光值，并跟标准品比较，测定培养液中葡萄糖含量；24h糖耗(g/L)＝原培养基葡萄糖含量(g/L)-培养24小时后葡萄糖含量(g/L)。每天根据细胞糖耗，计算平均糖耗速度，用蠕动泵将300g/L的葡萄糖缓慢泵进反应器中，补充葡萄糖浓度到4g/L；

S4、当每天糖耗超过2g/L时，将原含血清的培养基打出，打入2L PBS清洗反应器，后打入4L无血清培养基进行表达。同时将反应器条件设置为细胞培养温度：35～35.5℃，细胞培养pH：6.8-7.0，细胞培养DO：30％-80％，转速：50-60rpm，循环速度：150-200mL/min；

S4、每隔3-5天换收集2-3L培养基，并换入2-3L新的无血清培养基，检测每批蛋白的表达量，当表达量明显降低(表达量低于0.20g/L)或者葡萄糖消耗明显变少(耗糖量低于1g/L)后，生物反应器下罐，取上中下部分纸片，显微镜下观察。细胞密度基本均匀，部分细胞还有活性，死细胞较多。

本次实验总共收集12批，PEDV高免血清作为抗体Western Blot检测猪流行性腹泻病毒S1每批次蛋白的表达量。其中每批蛋白都能高于0.5g/L，多批次大于1g/L，其中最高表达量可达1.52g/L。工艺流程见表1，细胞表达量及每天糖耗见表1和图1、图2中，图1中1-6分别为表达第1-6批蛋白；图2中1-7分别为表达第6-12批蛋白。

表1生物反应器工艺流程、各批培养液中细胞表达目的蛋白的量及糖耗

实施例2生物反应器表达及细胞工厂表达比较实验

培养皿表达方法：

1)根据实施例1生物反应器的培养条件，在细胞培养皿培养足够细胞后接种至10层细胞工厂中，并用300g/L葡萄糖和7.5％NaHCO₃将培养皿中的反应条件调节跟生物反应器一致；

2)待细胞长满后，按细胞数比例换上无血清培养基，并用300g/L葡萄糖和7.5％NaHCO₃将培养皿中的反应条件调节跟生物反应器一致；每隔4天收集1/2-2/3体积的无血清养基表达上清并补充相应体积的无血清培养基，与生物反应器每批次比较蛋白表达量。

结果，用细胞工厂进行生产表达，只能收集2批表达样品，且表达量只能达到0.5g/L左右，具体结果如图3所示，图3中，1-2：细胞工厂表达的蛋白第1-2批；3-4：本发明生物反应器表达的第1-2批蛋白。

实施例3不同pH值对蛋白产量的影响

对比例1：为了比较不同pH条件对蛋白表达的影响，利用4L生物反应器，设定不同的pH进行培养表达，具体实验过程见实施例1(除了将实施例1步骤S4中的pH设置为7.1-7.3(对比例1-1)和6.5-6.6(对比例1-2)，其他条件均与实施例1)，具体结果如表2所示。

表2不同培养条件下HEK-293T细胞株表达猪流行性腹泻病毒S1蛋白的效果检测

从表2中可以看出，通过比较，当pH设置稍高(7.1-7.3)时，细胞培养基维持时间较短，平均3天就必须换液，且细胞生长状态较差，密度低，表达量低，特别是最后一批，换液后2天基本糖耗就只有0.2g/L，证明细胞大部分已经死了能够表达目的蛋白的天数只有20天，最高蛋白产量只能过0.66g/L，只能收得5批发酵液；而当PH设置过低时(6.5-6.6)，培养过酸不利于细胞生长，细胞只维持了10天，收了2批蛋白就死了，而且表达量低。；而本发明方法(pH 6.8-7.0)能够使细胞高效表达目的蛋白的天数达53天之长，最高蛋白产量可达1.52g/L，一共可收获12批发酵液，显著提升了细胞分泌目的蛋白的产量和时效，证明该工艺的最佳生产条件为pH6.8-7.0。

实施例4不同培养温度对蛋白产量的影响

对比例2：为了比较不同培养温度对蛋白表达的影响，我们利用4L生物反应器，设定不同的培养温度进行培养表达，具体实验过程见实施例1(除了将实施例1步骤S4中的细胞表达温度替换为37℃-37.5℃(对比例2-1)和32℃-33℃(对比例2-2)，其他条件一致)，具体结果如表3所示。

表3不同温度条件下HEK-293T细胞株表达猪流行性腹泻病毒S1蛋白的效果检测

从表3中可以看出，通过比较，当培养温度设置为37℃-37.5℃时，细胞培养基生长变快，但细胞每隔3天就得换一次液，细胞表达时间不够，表达量较低。且细胞生长过快，细胞代谢快，能维持的天数也较短，能够表达目的蛋白的天数为22天，最高蛋白产量只能过0.54g/L，只能收得6批发酵液；而当培养温度过低(32℃-33℃)时，细胞生长速度变慢，能维持30天以上，但每批次细胞的表达时间较长，表达量也不高。本发明方法(培养温度为35～35.5℃)能够使细胞生长速度维持在一个合适的水平，平均4天换一次液，细胞能够充分的表达分泌蛋白，维持时间较长，且高效表达目的蛋白的天数达53天之长，最高蛋白产量可达1.52g/L，一共可收获12批发酵液，显著提升了细胞分泌目的蛋白的产量和时效。

最后，应当说明的是，上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种高效分泌表达猪流行性腹泻病毒S1蛋白的生产方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、将细胞生物反应器用磷酸缓冲液PBS彻底清洗2遍，并加入2L含血清的DMEM完全培养基，37℃下过夜预处理并做无菌检验，获得无菌的细胞生物反应器；

S2、利用细胞工厂生产所需要的细胞总量，然后将细胞用2L DMEM完全培养基稀释后缓慢接种至步骤S1所得无菌的细胞生物反应器中的灌注袋内，静止吸附1h，然后进行低速、高速循环，使细胞吸附于生物反应器中的聚纤维纸片载体上，取样检测糖浓度作为起始糖浓度，最后进行细胞培养，设定细胞培养条件为：培养温度：37-37.5℃，细胞培养pH：7.0-7.5，细胞培养DO：40％-80％，转速：80-100rpm，循环速度：300-400mL/min；

S3、每隔12-24小时取出培养液检测葡萄糖，检测细胞耗糖，评估细胞的生长情况，每天根据细胞糖耗，计算平均糖耗速度，用蠕动泵将300g/L的葡萄糖缓慢泵进反应器中，补充葡萄糖浓度到4g/L；

S5、当每天糖耗超过2g/L时，将原含血清的培养基打出，打入2L PBS清洗反应器，后打入4L无血清培养基进行表达，同时将反应器条件设置为细胞培养温度：35～35.5℃，细胞培养pH：6.8-7.0，细胞培养DO：30％-80％，转速：50-60rpm，循环速度：150-200mL/min；

S5、每隔3-5天换收集1/2-2/3L体积的培养基，并换入等量新的无血清培养基；检测每批蛋白的表达量，当表达量明显降低或者葡萄糖消耗明显变少后，生物反应器下罐，取上中下部分纸片，显微镜下观察。

2.如权利要求1所述的生产方法，其特征在于，步骤S1所述的生物反应器为4L反应器。

3.如权利要求1所述的生产方法，其特征在于，步骤S1所述含血清的DMEM完全培养基中含有8～12％胎牛血清，4.4～4.6g/L的葡萄糖；步骤S2所述完全培养基的总用量为3.8～4.2L。

4.如权利要求1所述的生产方法，其特征在于，步骤S2所述利用细胞工厂生产细胞的过程为：从液氮储存罐中取出保存的表达猪流行性腹泻病毒S1蛋白的HEK-293T细胞株，置于37℃的恒温水浴锅中迅速融化，800rpm离心5min去除细胞冻存液，用含10％胎牛血清的DMEM完全培养基重悬后置于150mM细胞培养皿中在二氧化碳培养箱中培养，待细胞长满后按1：5进行传代，直至传代到40个150mm培养皿，细胞总数达到1.5×10⁸以上时，消化细胞并转移接种至10层细胞工厂中，底面积640cm²，直至细胞长满，接种至生物反应器中。

5.如权利要求4所述的生产方法，其特征在于，所述HEK-293T细胞接种至生物反应器中时的接种量1.5-2.5×10⁹个。

6.如权利要求1所述的生产方法，其特征在于，步骤S2所述低速、高速循环条件为：低速130-170mL/min循环20-30min，高速180-220mL/min循环20-30min。

7.如权利要求1所述的生产方法，其特征在于，步骤S2及步骤S4中均用7～8％NaHCO₃和CO₂调节pH，用N₂调节溶氧DO。

8.如权利要求1所述的生产方法，其特征在于，步骤S5所述表达量明显降低为低于0.20g/L，葡萄糖消耗明显变少为少于1g/L。

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