RU2303783C1 - Method for immunoferment detection of antigens - Google Patents

Method for immunoferment detection of antigens Download PDF

Info

Publication number
RU2303783C1
RU2303783C1 RU2005135991/13A RU2005135991A RU2303783C1 RU 2303783 C1 RU2303783 C1 RU 2303783C1 RU 2005135991/13 A RU2005135991/13 A RU 2005135991/13A RU 2005135991 A RU2005135991 A RU 2005135991A RU 2303783 C1 RU2303783 C1 RU 2303783C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
enzyme
complexes
biotin
enzyme label
added
Prior art date
Application number
RU2005135991/13A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Борис Борисович Дзантиев (RU)
Борис Борисович Дзантиев
Дмитрий Николаевич Ермоленко (RU)
Дмитрий Николаевич Ермоленко
Александр Евгеньевич Урусов (RU)
Александр Евгеньевич Урусов
Анатолий Виталиевич Жердев (RU)
Анатолий Виталиевич Жердев
Тарас Геннадиевич Баландин (RU)
Тарас Геннадиевич Баландин
Эвелина Федоровна Эдельвейс (RU)
Эвелина Федоровна Эдельвейс
Олег Анатольевич Стремовский (RU)
Олег Анатольевич Стремовский
Сергей Михайлович Деев (RU)
Сергей Михайлович Деев
Original Assignee
Институт биохимии им. А.Н. Баха Российской Академии Наук
Институт Биоорганической химии им. акад. М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова Российской Академии Наук
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Институт биохимии им. А.Н. Баха Российской Академии Наук, Институт Биоорганической химии им. акад. М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова Российской Академии Наук filed Critical Институт биохимии им. А.Н. Баха Российской Академии Наук
Priority to RU2005135991/13A priority Critical patent/RU2303783C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2303783C1 publication Critical patent/RU2303783C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Measuring Or Testing Involving Enzymes Or Micro-Organisms (AREA)

Abstract

FIELD: biotechnology, analytical chemistry.
SUBSTANCE: claimed method includes providing of complexes between antigen molecules and specific antibodies on carrier surface, wherein said complexes are disclosed by addition of enzyme label thereto followed detection thereof based on formation of enzyme reaction product. Enzyme label addition is carried out by two protein interaction, namely bacterial ribonucleaze barnase and barstare, which is inhibitor thereof, wherein either of the two is added to immunoreagent, and the other one is added to enzyme label. Abovementioned complexes have high affinity, specificity, and binding constant of 1014 M-1.
EFFECT: new method for antigen detection.
6 dwg, 2 ex

Description

Изобретение относится к биотехнологии и аналитической химии и может использоваться при определении биологически активных веществ в медицинской диагностике, для характеристики качества сельскохозяйственной и пищевой продукции, экологического мониторинга, контроля технологических процессов.The invention relates to biotechnology and analytical chemistry and can be used to determine biologically active substances in medical diagnostics, to characterize the quality of agricultural and food products, environmental monitoring, process control.

В современной практике широко применяются иммуноферментные методы анализа различных веществ (Gabaldon J.A., Maquieira A., Puchades R. Current trends in immunoassay-based kits for pesticide analysis. Crit. Rev. Food Sci. Nutr. 1999; 39 (6): 519-538; Stefan R.L, van Staden J.F., Aboul-Enein H.Y. Immunosensors in clinical analysis. Fresenius J. Anal. Chem. 2000; 366 (6-7): 659-668; Lee N.A., Kennedy I.R. Environmental monitoring of pesticides by immunoanalytical techniques: validation, current status, and future perspectives. J. AOAC Int. 2001; 84 (5): 1393-1406; Luppa P.B., Sokoll L.J., Chan D.W. Immunosensors - principles and applications to clinical chemistry. Clin. Chim. Acta. 2001; 314 (1-2): 1-26), поскольку сочетание антител и ферментов для формирования детектируемых межмолекулярных комплексов приводит одновременно к специфичности анализа, обеспечиваемой высокоселективными антителами, и его чувствительности, обеспечиваемой высокоактивными ферментными метками. Методы иммуноферментного анализа (ИФА) подразделяются на прямые, в которых метка непосредственно присоединена к иммунореагенту (стандартному препарату антигена или специфическому антителу), и непрямые, в которых введение метки в иммунный комплекс является дополнительной стадией анализа (Егоров A.M., Осипов А.П., Дзантиев Б.Б., Гаврилова Е.М. Теория и практика иммуноферментного анализа. // М.: Высш. шк. 1991). Несмотря на большую продолжительность непрямого иммуноанализа, в значительной части случаев его применение предпочтительно. Непрямое мечение предотвращает контакт фермента с компонентами анализируемой пробы, которые потенциально могут вызвать его инактивацию. Кроме того, в непрямом иммуноанализе ферментсодержащий конъюгат является универсальным реагентом, пригодным для определения самых разных антигенов. Непрямое мечение исключает необходимость для каждой новой задачи синтезировать специфические конъюгаты и характеризовать свойства полученных при синтезе продуктов.Enzyme immunoassay methods for the analysis of various substances are widely used in modern practice (Gabaldon JA, Maquieira A., Puchades R. Current trends in immunoassay-based kits for pesticide analysis. Crit. Rev. Food Sci. Nutr. 1999; 39 (6): 519- 538; Stefan RL, van Staden JF, Aboul-Enein HY Immunosensors in clinical analysis. Fresenius J. Anal. Chem. 2000; 366 (6-7): 659-668; Lee NA, Kennedy IR Environmental monitoring of pesticides by immunoanalytical techniques : validation, current status, and future perspectives. J. AOAC Int. 2001; 84 (5): 1393-1406; Luppa PB, Sokoll LJ, Chan DW Immunosensors - principles and applications to clinical chemistry. Clin. Chim. Acta. 2001 ; 314 (1-2): 1-26), since the combination of antibodies and enzymes to form detectable intermolecular complexes leads to at the same time to the specificity of the analysis provided by highly selective antibodies, and its sensitivity provided by highly active enzyme labels. Enzyme-linked immunosorbent assays (ELISA) are divided into direct, in which the label is directly attached to the immunoreagent (standard antigen preparation or specific antibody), and indirect, in which the introduction of the label into the immune complex is an additional stage of analysis (Egorov AM, Osipov A.P., Dzantiev B. B., Gavrilova E. M. Theory and practice of enzyme-linked immunosorbent assay. // M .: Higher school. 1991). Despite the long duration of indirect immunoassay, in a large part of cases its use is preferable. Indirect labeling prevents the enzyme from contacting the components of the sample being analyzed, which could potentially cause its inactivation. In addition, in indirect immunoassay, an enzyme-containing conjugate is a universal reagent suitable for the determination of a wide variety of antigens. Indirect labeling eliminates the need for each new task to synthesize specific conjugates and characterize the properties of the products obtained in the synthesis.

При реализации непрямого ИФА в современной практике используются два основных способа введения метки:When implementing indirect ELISA in modern practice, two main methods of labeling are used:

- взаимодействие специфических антител и меченных ферментом антивидовых антител;- the interaction of specific antibodies and enzyme-labeled antispecies antibodies;

- модификация специфических антител биотином и их последующее выявление с помощью конъюгата авидин-фермент или стрептавидин-фермент.- modification of specific antibodies with biotin and their subsequent detection using the conjugate avidin-enzyme or streptavidin-enzyme.

Хотя первый способ позволяет работать с нативными специфическими антителами, не прибегая к какой бы то ни было их обработке, взаимодействие с антивидовыми антителами вносит в анализ существенный элемент неопределенности, поскольку в зависимости от свойств антивидовых и специфических антител эффективность взаимодействия между ними может значительно варьировать. В этом отношении реакция биотин-(стрепт)авидин, безусловно, более перспективна, поскольку она характеризуется высокой константой связывания - около 1015 М-1 (на 6-7 порядков превосходя реакцию с антивидовыми антителами), неизменной для всех взаимодействующих молекул и не зависящей от индивидуальных свойств используемых препаратов (Hevey R.C., Malmros М.К. Methods for the detection and determination of ligands. US Patent 4228237. October 14, 1980; Wilchek М., Bayer E.A. Applications of avidin-biotin technology: literature survey. Methods Enzymol. 1990; 184: 14-45; Diamandis E.P., Christopoulos Т.К. The biotin-(strept)avidin system: principles and applications in biotechnology. Clin. Chem. 1991; 37 (5): 625-636; Lindqvist Y., Schneider G. Protein-biotin interactions. Curr. Opin. Struct. Biol. 1996; 6 (6): 798-803). В настоящее время коммерчески доступны как производные биотина (активированные эфиры, позволяющие быстро и в щадящих условиях биотинилировать антитела или другие белки), так и конъюгаты стрептавидина с высокоактивными ферментными метками - пероксидазой, щелочной фосфатазой и др. (Swanson P.E., Wick M.R. Commercial avidin-biotin-peroxidase complex kits. Am. J. Clin. Pathol. 1989; 91 (4, Suppl. 1): S43-44; Selvanayagam Z.E., Gopalakrishnakone P. Tests for detection of snake venoms, toxins and venom antibodies: review on recent trends (1987-1997). Toxicon. 1999; 37 (4): 565-586; Wilbur D.S., Pathare P.M., Hamlin D.K., Stayton P.S., To R., Klumb L.A., Buhler K.R., Vessella R.L. Development of new biotin/streptavidin reagents for pretargeting. Biomol. Eng. 1999; 16 (1-4); 113-118; Sugiyama К., Hoshino N., Tatsumi H., Fukuda S. Complexes containing crosslinked avidin, analytical method with the use of crosslinked avidin and analytical reagents and kits. US Patent 6787325. September 7, 2004).Although the first method allows you to work with native specific antibodies without resorting to any processing of them, interaction with antivirus antibodies introduces a significant element of uncertainty into the analysis, since the interaction between them can vary significantly depending on the properties of antivirus and specific antibodies. In this regard, the biotin- (strept) avidin reaction is certainly more promising, since it has a high binding constant - about 10 15 M -1 (6-7 orders of magnitude higher than the reaction with antispecies antibodies), unchanged for all interacting molecules and independent on the individual properties of the drugs used (Hevey RC, Malmros M.K. Methods for the detection and determination of ligands. US Patent 4228237. October 14, 1980; Wilchek M., Bayer EA Applications of avidin-biotin technology: literature survey. Methods Enzymol . 1990; 184: 14-45; Diamandis EP, Christopoulos T.K. The biotin- (strept) avidin system: principles and applications in biotechnology. Clin. Chem. 1991; 37 (5): 625-636; Lindq vist Y., Schneider G. Protein-biotin interactions. Curr. Opin. Struct. Biol. 1996; 6 (6): 798-803). Currently, both biotin derivatives (activated esters that allow fast and gentle conditions to biotinylate antibodies or other proteins) and streptavidin conjugates with highly active enzyme labels such as peroxidase, alkaline phosphatase, etc. (Swanson PE, Wick MR Commercial avidin- biotin-peroxidase complex kits. Am. J. Clin. Pathol. 1989; 91 (4, Suppl. 1): S43-44; Selvanayagam ZE, Gopalakrishnakone P. Tests for detection of snake venoms, toxins and venom antibodies: review on recent trends (1987-1997). Toxicon. 1999; 37 (4): 565-586; Wilbur DS, Pathare PM, Hamlin DK, Stayton PS, To R., Klumb LA, Buhler KR, Vessella RL Development of new biotin / streptavidin reagents for pretargeting. Biomol. Eng. 1999; 16 (1-4); 113- 118; Sugiyama K., Hoshino N., Tatsumi H., Fukuda S. Complexes containing crosslinked avidin, analytical method with the use of crosslinked avidin and analytical reagents and kits. US Patent 6787325. September 7, 2004).

Непрямой иммуноферментный анализ с использованием системы биотин-(стрептавидин) в наиболее распространенных вариантах включает следующие этапы (Avidin-Biotin Technology. Methods in Enzymology: Volume 184. John N. Abelson, Melvin I. Simon, Meir Wilchek, Edward A. Bayer, eds. San Diego, CA, USA. Academic Press, 1990):Indirect enzyme-linked immunosorbent assay using the biotin- (streptavidin) system in the most common variants includes the following steps (Avidin-Biotin Technology. Methods in Enzymology: Volume 184. John N. Abelson, Melvin I. Simon, Meir Wilchek, Edward A. Bayer, eds San Diego, CA, USA Academic Press, 1990):

A) до проведения анализа осуществляется биотинилирование специфических антител с отделением продукта синтеза - конъюгата, содержащего одну молекулу антитела и неопределенное (варьирующее для разных молекул конъюгата в пределах одного синтеза) количество молекул биотина, - от непрореагировавшего активированного биотина и других низкомолекулярных компонентов реакционной среды;A) prior to analysis, biotinylation of specific antibodies is carried out with the separation of the synthesis product — the conjugate containing one antibody molecule and an undetermined (varying for different conjugate molecules within the same synthesis) number of biotin molecules — from unreacted activated biotin and other low molecular weight components of the reaction medium;

Б) в результате специфических иммунохимических взаимодействий (перечень и порядок которых выбирается, исходя из особенностей антигена и антител) на поверхности планшета для ИФА формируется иммобилизованный комплекс, содержащий молекулы антигена (нативного или модифицированного), биотинилированные специфические антитела и, при необходимости, дополнительные реагенты (вторые специфические антитела и др.);B) as a result of specific immunochemical interactions (the list and order of which is selected based on the characteristics of the antigen and antibodies), an immobilized complex containing antigen molecules (native or modified), biotinylated specific antibodies and, if necessary, additional reagents is formed on the surface of the ELISA plate second specific antibodies, etc.);

B) молекулы, не включенные в иммобилизованные комплексы, удаляются посредством промывки планшета;B) molecules not included in the immobilized complexes are removed by washing the plate;

Г) в лунки добавляется раствор конъюгата стрептавидин-фермент. После инкубации осуществляется отмывка планшета, которая отделяет непрореагировавшие молекулы конъюгата от связавшихся с носителем. (При необходимости ускорения анализа конъюгат стептавидин-фермент может вводиться на стадии формирования специфических комплексов.);D) a streptavidin-enzyme conjugate solution is added to the wells. After incubation, the plate is washed, which separates unreacted conjugate molecules from those bound to the carrier. (If necessary, accelerate the analysis of the conjugate steptavidin-enzyme can be introduced at the stage of formation of specific complexes.);

Д) в лунки добавляется субстрат, который трансформируется молекулами фермента в составе иммобилизованных комплексов с образованием продуктов, детектируемых фотометрическим, флюориметрическим, электрохимическим или иным способом;E) a substrate is added to the wells, which is transformed by the enzyme molecules in the composition of the immobilized complexes with the formation of products detected by photometric, fluorimetric, electrochemical or other means;

Е) на основании генерируемого сигнала и калибровочной зависимости определяется содержание антигена в пробе.E) on the basis of the generated signal and the calibration dependence, the antigen content in the sample is determined.

Один из вариантов реализации данного подхода описан в статье Song X.H., Huhle G., Wang L.C., Harenberg J. "Quantitative Determination of PEG-Hirudin in Human Plasma Using a Competitive Enzyme-Linked Immunosorbent Assay." Thrombosis Research 2000; 99 (2): 195-202. Ниже представлено изложение предлагаемой авторами этой статьи методики проведения анализа, рассматриваемой в настоящей заявке в качестве прототипной.One of the options for implementing this approach is described in the article Song X.H., Huhle G., Wang L.C., Harenberg J. "Quantitative Determination of PEG-Hirudin in Human Plasma Using a Competitive Enzyme-Linked Immunosorbent Assay." Thrombosis Research 2000; 99 (2): 195-202. The following is a summary of the analysis methodology proposed by the authors of this article, which is considered as a prototype in this application.

Раствор антигена вносили в лунки микротитрационных планшетов для ИФА и инкубировали в течение ночи при 4°С. После блокировки незанятых участков сорбции планшеты отмывали от непрореагировавших молекул. Тестируемые образцы, потенциально содержащие определяемый антиген, или их разведения вносили в лунки одновременно со специфическими антителами против определяемого антигена и инкубировали. Используемые количества иммобилизованного антигена и разведения специфических антител оптимизировали, исходя из сравнения результатов анализа для последовательных разведений обоих реагентов (так называемое «шахматное титрование»). После инкубации лунки отмывали, вносили биотинилированные антивидовые антитела, повторно инкубировали и отмывали планшет. Далее сформировавшиеся комплексы инкубировали с раствором конъюгата стрептавидин-пероксидаза и опять отмывали планшет. Инкубировали лунки с раствором субстрата пероксидазы, останавливали реакцию его трансформации серной кислотой и регистрировали поглощение продукта с помощью фотометра для микротитрационных планшетов. Концентрацию антигена вычисляли, используя стандартную калибровочную кривую, полученную для образцов с внесенными известными количествами антигена.The antigen solution was added to the wells of microtiter ELISA plates and incubated overnight at 4 ° C. After blocking unoccupied sites of sorption, the plates were washed from unreacted molecules. Test samples potentially containing the detectable antigen, or dilutions thereof, were added to the wells simultaneously with specific antibodies against the detected antigen and incubated. The amounts of immobilized antigen and dilutions of specific antibodies used were optimized based on a comparison of the analysis results for successive dilutions of both reagents (the so-called “chess titration”). After incubation, the wells were washed, biotinylated anti-species antibodies were added, re-incubated and the plate was washed. Next, the formed complexes were incubated with a streptavidin-peroxidase conjugate solution and the plate was washed again. Wells with a peroxidase substrate solution were incubated, the reaction of its transformation was stopped with sulfuric acid, and the absorption of the product was recorded using a microtiter plate photometer. Antigen concentration was calculated using a standard calibration curve obtained for samples with known amounts of antigen added.

Отметим, что введение ферментной метки посредством взаимодействия биотин-(степт)авидин имеет существенные недостатки, не преодоленные в известных на сегодня работах.Note that the introduction of the enzyme label through the interaction of biotin- (stept) avidin has significant drawbacks that have not been overcome in the currently known works.

1. При химическом конъюгировании антител с биотином образуется смесь продуктов разной стехиометрии и, соответственно, разных свойств. Соотношение продуктов зависит как от контролируемых (исходные концентрации реагентов, продолжительность взаимодействия, температурный режим, состав реакционной среды), так и от неконтролируемых факторов (наличие примесей, степень сохранения модифицированным биотином реакционной способности, конформационное состояние антител, число и степень доступности реакционно-способных групп на их поверхности).1. During the chemical conjugation of antibodies with biotin, a mixture of products of different stoichiometry and, accordingly, different properties is formed. The ratio of products depends on both controlled (initial reagent concentrations, duration of interaction, temperature, composition of the reaction medium) and uncontrolled factors (presence of impurities, degree of retention of reactivity by modified biotin, conformational state of antibodies, number and degree of availability of reactive groups on their surface).

2. При необходимости контакта конъюгата (стрепт)авидин-фермент с пробой результаты анализа искажаются в тех случаях, когда матрикс пробы содержит биотин, что свойственно, в частности, пробам мяса (Kopinski J.S., Leibholz J., Bryden W.L. Biotin studies in pigs. 4. Biotin availability in feedstuffs for pigs and chickens. Br. J. Nutr. 1989; 62 (3): 773-780). Аналогичные проблемы описаны также для анализа мочи, что, по всей видимости, связано с присутствующими в ней метаболитами биотина (Raguseo R.M. А direct streptavidin-binding assay does not accurately quantitate biotin in human urine. J. Nutrition, 2001; 131 (8): 2208-2214), а также при иммунохимической характеристике гельминтов (Romaris F., Iglesias R., Garcia L.O., Leiro J., Santamarina M.T., Paniagua E., Ubeira F.M. Free and bound biotin molecules in helminths: a source of artifacts for avidin biotin-based immunoassays. Parasitol. Res. 1996; 82 (7): 617-622). При анализе яиц имеющийся в пробе авидин (White Н.В. 3rd. Vitamin-binding proteins in the nutrition of the avian embryo. J. Exp.Zool. Suppl. 1987; 1: 53-63) блокирует биотин на поверхности модифицированных антител, препятствуя связыванию ферментной метки, даже если стадии анализа осуществляются последовательно и ферментный конъюгат не контактирует с пробой.2. If it is necessary to contact the avidin-enzyme conjugate (strept) with the sample, the analysis results are distorted when the sample matrix contains biotin, which is characteristic, in particular, of meat samples (Kopinski JS, Leibholz J., Bryden WL Biotin studies in pigs. 4. Biotin availability in feedstuffs for pigs and chickens. Br. J. Nutr. 1989; 62 (3): 773-780). Similar problems are also described for urine analysis, which is most likely due to the biotin metabolites present in it (Raguseo RM A direct streptavidin-binding assay does not accurately quantitate biotin in human urine. J. Nutrition, 2001; 131 (8): 2208-2214), as well as the immunochemical characterization of helminths (Romaris F., Iglesias R., Garcia LO, Leiro J., Santamarina MT, Paniagua E., Ubeira FM Free and bound biotin molecules in helminths: a source of artifacts for avidin biotin-based immunoassays. Parasitol. Res. 1996; 82 (7): 617-622). In the analysis of eggs, the avidin present in the sample (White N.V. 3rd. Vitamin-binding proteins in the nutrition of the avian embryo. J. Exp. Zool. Suppl. 1987; 1: 53-63) blocks biotin on the surface of the modified antibodies, preventing the binding of the enzyme label, even if the analysis steps are carried out sequentially and the enzyme conjugate is not in contact with the sample.

Возможность работы с межмолекулярными конъюгатами стандартного состава (и тем самым, унифицированных свойств) возникает при переходе от химического конъюгирования к генно-инженерному (Witkowski A., Daunert S., Kindy M.S., Bachas L.G. Enzyme-linked immunosorbent assay for an octapeptide based on a genetically engineered fusion protein. Anal. Chem. 1993; 65 (9): 1147-1151; Grigorenko V., Andreeva I., Borchers Т., Spener F., Egorov A. A genetically engineered fusion protein with horseradish peroxidase as a marker enzyme for use in competitive immunoassays. Anal. Chem. 2001; 73 (6): 1134-1139; Rau D., Kramer К., Hock В. Single-chain Fv antibody-alkaline phosphatase fusion proteins produced by one-step cloning as rapid detection tools for ELISA. J. Immunoassay Immunochem. 2002; 23 (2): 129-143). Однако для биотина из-за его небелковой природы данный подход неприменим.The ability to work with intermolecular conjugates of standard composition (and thus, uniform properties) arises when switching from chemical conjugation to genetic engineering (Witkowski A., Daunert S., Kindy MS, Bachas LG Enzyme-linked immunosorbent assay for an octapeptide based on a genetically engineered fusion protein. Anal. Chem. 1993; 65 (9): 1147-1151; Grigorenko V., Andreeva I., Borchers T., Spener F., Egorov A. A genetically engineered fusion protein with horseradish peroxidase as a marker enzyme for use in competitive immunoassays. Anal. Chem. 2001; 73 (6): 1134-1139; Rau D., Kramer K., Hock B. Single-chain Fv antibody-alkaline phosphatase fusion proteins produced by one-step cloning as rapid detection tools for ELISA. J. Immunoassay Immunochem. 2002; 23 (2): 129-143). However, for biotin, due to its non-protein nature, this approach is not applicable.

Задачей изобретения является разработка способа иммуноферментного определения антигенов, в котором непрямое введение ферментной метки в детектируемые иммунные комплексы осуществляется посредством белок-белкового взаимодействия с высокой аффинностью реакции, существенно превосходящей по константе связывания иммунохимические взаимодействия, и возможностью генно-инженерного получения межмолекулярных конъюгатов стандартного состава.The objective of the invention is to develop a method for enzyme-linked immunosorbent detection of antigens, in which the indirect introduction of the enzyme label into the detected immune complexes is carried out by protein-protein interaction with a high affinity of the reaction, which significantly exceeds the immunochemical interactions in binding constant, and the possibility of genetic engineering to obtain intermolecular conjugates of standard composition.

Заявителями предлагается для введения ферментной метки использовать реакцию между бактериальным ферментом рибонуклеазой (барназой) и ее ингибитором барстаром. Данное взаимодействие характеризуется высокой аффинностью (константа связывания комплекса - 1014 М-1) и специфичностью, идет в широком диапазоне параметров реакционной среды и не зависит от наличия в ней каких-либо конкурирующих или ингибирующих факторов (Hartley R.W. Barnase-barstar interaction. Methods Enzymol. 2001; 341: 599-611). И барназа, и барстар представляют собой небольшие белки (массой 12 и 10 кДа соответственно) без кофакторов, углеводов и иных структурных элементов небелковой природы, что делает методически простым их генно-инженерное конъюгирование. Концевые участки аминокислотных цепей барназы и барстара не участвуют в формировании межмолекулярного комплекса, что позволяет использовать их для конъюгирования с маркерами и иммунореагентами без потери активности (Deyev S.M., Yazynin S.A., Kuznetsov D.A., Jukovich M., Hartley R.W. Ribonuclease-charged vector for facile direct cloning with positive selection. Mol. Gen. Genet. 1998; 259 (4): 379-382). Более того, показано, что генно-инженерное присоединение барназы к антителам повышает их стабильность, а благодаря этому - и воспроизводимость результатов анализа при хранении реагентов (Martsev S.P., Tsybovsky Y.I., Stremovskiy O.A., Odintsov S.G., Balandin Т.О., Arosio P., Kravchuk Z.I., Deyev S.M. Fusion of the antiferritin antibody VL domain to barnase results in enhanced solubility and altered pH stability. Protein Eng. Des. Sel. 2004; 17 (1): 85-93). Константа связывания 1014 M-1 обеспечивает количественное формирование комплексов и отсутствие их сколько-либо существенной диссоциации за время анализа. Преимуществом системы является также возможность получения конъюгатов стандартной стехиометрии и при химическом синтезе, поскольку молекула барназы не содержит цистеиновых групп, а введенный путем сайт-специфического мутагенеза в концевой участок молекулы цистеин позволяет синтезировать конъюгаты состава 1:1.Applicants are invited to introduce the enzyme label to use the reaction between the bacterial enzyme ribonuclease (barnase) and its inhibitor barstar. This interaction is characterized by high affinity (the binding constant of the complex is 10 14 M -1 ) and specificity, occurs in a wide range of parameters of the reaction medium and does not depend on the presence of any competing or inhibiting factors (Hartley RW Barnase-barstar interaction. Methods Enzymol . 2001; 341: 599-611). Both barnase and barstar are small proteins (weighing 12 and 10 kDa, respectively) without cofactors, carbohydrates, and other structural elements of a non-protein nature, which makes their genetic engineering conjugation methodically simple. The terminal sections of the amino acid chains of barnase and barstar do not participate in the formation of the intermolecular complex, which allows them to be used for conjugation with markers and immunoreagents without loss of activity (Deyev SM, Yazynin SA, Kuznetsov DA, Jukovich M., Hartley RW Ribonuclease-charged vector for facile direct cloning with positive selection. Mol. Gen. Genet. 1998; 259 (4): 379-382). Moreover, the genetic engineering addition of barnase to antibodies has been shown to increase their stability and, therefore, the reproducibility of analysis results during storage of reagents (Martsev SP, Tsybovsky YI, Stremovskiy OA, Odintsov SG, Balandin T.O., Arosio P. , Kravchuk ZI, Deyev SM Fusion of the antiferritin antibody VL domain to barnase results in enhanced solubility and altered pH stability. Protein Eng. Des. Sel. 2004; 17 (1): 85-93). The binding constant of 10 14 M -1 provides the quantitative formation of complexes and the absence of any significant dissociation during the analysis. An advantage of the system is the possibility of obtaining conjugates of standard stoichiometry in chemical synthesis, since the barnase molecule does not contain cysteine groups, and cysteine introduced by site-specific mutagenesis allows the synthesis of conjugates of 1: 1 composition.

Таким образом, отличие предлагаемого подхода от прототипного состоит в том, что присоединение ферментной метки к детектируемому иммунному комплексу осуществляют не посредством взаимодействия биотин-(стрепт)авидин, а посредством взаимодействия барназа-барстар, что позволяет получать межмолекулярные конъюгаты для анализа генно-инженерными методами и унифицировать состав конъюгатов, тем самым обеспечивая высокую воспроизводимость результатов анализа.Thus, the difference between the proposed approach and the prototype one is that the attachment of the enzyme label to the detected immune complex is carried out not through the interaction of biotin- (strept) avidin, but through the interaction of barnase-barstar, which allows to obtain intermolecular conjugates for analysis by genetic engineering methods and unify the composition of conjugates, thereby ensuring high reproducibility of the analysis results.

Возможность реализации и эффективность предлагаемого подхода подтверждают представленные ниже примеры иммуноферментного анализа с использованием системы барназа-барстар, вводимой в состав детектируемых иммунных комплексов посредством химического (Пример 1) или генно-инженерного (Пример 2) конъюгирования.The feasibility and effectiveness of the proposed approach is confirmed by the following examples of enzyme-linked immunosorbent assay using the Barnase-Barstar system introduced into the detected immune complexes through chemical (Example 1) or genetic engineering (Example 2) conjugation.

Пример 1. Иммуноферментный анализ гербицида атразина.Example 1. Enzyme-linked immunosorbent assay of atrazine herbicide.

Схема проведения анализа представлена на фиг.1. 100 мкл раствора конъюгата атразина с бычьим сывороточным альбумином (0,5 мкг/мл, в ФБ - 50 мМ К-фосфатном буфере, рН 7,4, с 0,1 М NaCl) добавляли в лунки полистиролового микропланшета для ИФА и инкубировали в течение ночи при 4°С. После этого лунки четырехкратно отмывали ФБТ - ФБ с 0,05% детергента Тритон Х-100. 50 мкл атразинсодержащих проб и 50 мкл химического конъюгата барназы с моноклональным антителом 1Е4/А12 против атразина (0,2 мкг/мл, в ФБТ) добавляли в лунки одновременно и инкубировали в течение 1 часа при 37°С. Затем планшет повторно четырехкратно отмывали, добавляли в каждую лунку 100 мкл химического конъюгата барстар-пероксидаза (1 мкг/мл, в ФБТ) и инкубировали 1 час при 37°С. После этого планшет трехкратно отмывали ФБТ и один раз дистиллированной водой. Чтобы зарегистрировать каталитическую активность связавшейся с поверхностью планшета ферментной метки, в лунки добавляли на 100 мкл 100 мМ Na-цитратного буфера, рН 6,0, содержащего 3,3',5,5'-тетраметилбензидин (0,1 мг/мл) и пероксид водорода (3,3 мМ). После 15-минутной инкубации при комнатной температуре реакцию останавливали добавлением 100 мкл 0,1 М серной кислоты. Оптическую плотность образовавшихся окрашенных продуктов регистрировали при 450 нм. Полученная калибровочная кривая конкурентной иммунодетекции представлена на фиг.2.The analysis scheme is presented in figure 1. 100 μl of a solution of atrazine conjugate with bovine serum albumin (0.5 μg / ml, in FB 50 mM K-phosphate buffer, pH 7.4, with 0.1 M NaCl) was added to the wells of the polystyrene ELISA microplate and incubated for nights at 4 ° C. After this, the wells were washed four times with PBT - FB with 0.05% Triton X-100 detergent. 50 μl of atrazine-containing samples and 50 μl of a chemical conjugate of barnase with monoclonal antibody 1E4 / A12 against atrazine (0.2 μg / ml, in PBT) were added to the wells simultaneously and incubated for 1 hour at 37 ° C. The plate was then washed four times four times, 100 μl of the barstar peroxidase chemical conjugate (1 μg / ml, in PBT) was added to each well and incubated for 1 hour at 37 ° C. After this, the tablet was washed three times with PBT and once with distilled water. To record the catalytic activity of the enzyme label bound to the surface of the plate, 100 μl of 100 mM Na-citrate buffer, pH 6.0, containing 3.3 ', 5.5'-tetramethylbenzidine (0.1 mg / ml) was added to the wells hydrogen peroxide (3.3 mmol). After a 15-minute incubation at room temperature, the reaction was stopped by adding 100 μl of 0.1 M sulfuric acid. The optical density of the resulting colored products was recorded at 450 nm. The resulting calibration curve of competitive immunodetection is presented in figure 2.

Пример 2. Иммуноферментный анализ белкового онкомаркера p185HER2.Example 2. Enzyme-linked immunosorbent assay of the protein tumor marker p185 HER2 .

Схема проведения анализа представлена на фиг.3. 100 мкл раствора р185HER2 (0,1 мкг/мл, в ФБ) добавляли в лунки микропланшета, инкубировали 2 часа при 37°С и четырехкратно отмывали ФБТ. 50 мкл проб, содержащих р185HER2, и 50 мкл рекомбинатного конъюгата барназы или барстара с мини-антителом 4D5 против р185HER2 (в обоих случаях - в концентрации 8 нг/мл, в ФБТ) инкубировали совместно в течение 20 мин при комнатной температуре и затем добавляли в лунки планшета. После 1 часа инкубации при 37°С и последующей отмывки добавляли 100 мкл конъюгата барстар-пероксидаза для выявления барназы или барназа-пероксидаза для выявления барстара (1 мкг/мл, в ФБТ) и инкубировали 1 час при 37°С. Заключительную отмывку и регистрацию пероксидазной активности осуществляли, как описано в Примере 1. Полученные калибровочные кривые конкурентной иммунодетекции представлены на фиг.4, 5.The analysis scheme is presented in figure 3. 100 μl of p185 HER2 solution (0.1 μg / ml, in PBS) was added to the wells of the microplate, incubated for 2 hours at 37 ° C, and the PBT was washed four times. 50 μl of samples containing p185 HER2 , and 50 μl of the recombinant conjugate of barnase or barstar with 4D5 mini-antibody against p185 HER2 (in both cases at a concentration of 8 ng / ml, in PBT) were incubated together for 20 min at room temperature and then added to the wells of the tablet. After 1 hour of incubation at 37 ° C and subsequent washing, 100 μl of barstar peroxidase conjugate was added to detect barnase or barnase peroxidase to detect barstar (1 μg / ml, in PBT) and incubated for 1 hour at 37 ° C. The final washing and registration of peroxidase activity was carried out as described in Example 1. The obtained calibration curves of competitive immunodetection are presented in figure 4, 5.

Claims (1)

Способ иммуноферментного определения антигенов, включающий формирование на поверхности носителя комплексов между молекулами антигена и специфическими антителами, присоединение к комплексам ферментной метки и ее детекцию по образованию продукта ферментативной реакции, отличающийся тем, что присоединение ферментной метки осуществляется посредством взаимодействия двух белков - бактериальной рибонуклеазы барназы и ее ингибитора барстара, при этом один из взаимодействующих белков ковалентно или генно-инженерно присоединен к иммунореагенту, а другой - к ферментной метке.An enzyme immunoassay for determining antigens, including the formation of complexes between antigen molecules and specific antibodies on the surface of the carrier, attachment to the enzyme label complexes and its detection by the formation of an enzymatic reaction product, characterized in that the enzyme label is attached by the interaction of two proteins - bacterial barnase ribonuclease and its a barstar inhibitor, while one of the interacting proteins is covalently or genetically engineered to the immunore agent, and the other to the enzyme label.
RU2005135991/13A 2005-11-21 2005-11-21 Method for immunoferment detection of antigens RU2303783C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2005135991/13A RU2303783C1 (en) 2005-11-21 2005-11-21 Method for immunoferment detection of antigens

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2005135991/13A RU2303783C1 (en) 2005-11-21 2005-11-21 Method for immunoferment detection of antigens

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2303783C1 true RU2303783C1 (en) 2007-07-27

Family

ID=38431774

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2005135991/13A RU2303783C1 (en) 2005-11-21 2005-11-21 Method for immunoferment detection of antigens

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2303783C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113721023A (en) * 2021-08-31 2021-11-30 深圳市国创纳米抗体技术有限公司 Biological immunosensing system based on Barnase/barstar and application

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113721023A (en) * 2021-08-31 2021-11-30 深圳市国创纳米抗体技术有限公司 Biological immunosensing system based on Barnase/barstar and application

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9778252B2 (en) Analyte detection
Nishikori et al. Broad ranges of affinity and specificity of anti-histone antibodies revealed by a quantitative peptide immunoprecipitation assay
KR101132293B1 (en) Method for Differentially Detecting a Multimeric Form from a Monomeric Form of Multimer-Forming Polypeptides Through Three-Dimensional Interactions
US20100009394A1 (en) Universal tandem solid-phases based immunoassay
Desmet et al. Multiplex microarray ELISA versus classical ELISA, a comparison study of pollutant sensing for environmental analysis
US20170138937A1 (en) Detection of analytes
US8334103B2 (en) Composition related to rapid ELISA process
US4727037A (en) Assay kit and method for the determination of antibody class and subclass
Kumada et al. Development of a one-step ELISA method using an affinity peptide tag specific to a hydrophilic polystyrene surface
EP1554576A2 (en) Identification of high affinity molecules by limited dilution screening
EP3011347B1 (en) Method for detecting small molecules in a sample
Paulie et al. Enzyme-linked immunosorbent assay
RU2303783C1 (en) Method for immunoferment detection of antigens
RU1838787C (en) Method of triazine herbicide assay
Hsieh et al. Immunoassays
US7166439B2 (en) Assay for anti-INGAP antibodies
Mohsin et al. Development of biotin-streptavidin amplified peptide antibody-based ELISA for quantification of αS1-casein in goat’s milk
US20040115752A1 (en) Method for testing samples containing prion protein for the possible presence of the prpsc form
US20190018005A1 (en) Tandemly repeated antibody-binding protein and its applications
US20220214336A1 (en) Methods for screening polypeptides capable of binding specific target molecules and tools related thereto
EP0362284A1 (en) Multiple antigen immunoassay
Khosravi et al. Novel application of streptavidin-hapten derivatives as protein-tracer conjugate in competitive-type immunoassays involving biotinylated detection probes
Simonoviíc et al. Characterization of recombinant antibodies for detection of TNT and its derivatives
RU2350959C2 (en) Method of immunofluorescent determination of antigens localisation
Nielsen et al. Immunoassays

Legal Events

Date Code Title Description
PD4A Correction of name of patent owner