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抗速灭威噬菌体单链抗体库的构建\筛选及鉴定_t2噬菌体dna是单链吗

发布时间:2019-02-23 04:47:15 影响了:

  摘要:以速灭威抗原免疫的小鼠为实验对象,取其脾细胞,RT-PCR扩增抗体重链可变区(VH)和轻链可变区(VL)基因,重叠延伸PCR拼接单链抗体(ScFv)基因,克隆入噬菌粒表达载体pCANTAB5E并转化大肠杆菌TG1,成功构建了库容约7.6×105的抗速灭威噬菌体ScFv库。对该文库进行了5轮“吸附-洗脱-扩增”的富集筛选,获得了6个特异性较强的抗速灭威噬菌体ScFv阳性克隆。其研究结果为速灭威特异性抗体的大量制备奠定了一定的基础。
  关键词:速灭威;单链抗体;噬菌体展示
  中图分类号:Q819 文献标识码:A 文章编号:0439-8114(2011)09-1908-05
  
  Construction,Screening and Identification of Phage ScFv Library Against Metolcarb
  
  LI Tie-jun1,LI De-quan2
  (1. Chemical and Biological Engineering Institute,Nantong Vocational College,Nantong 226007,Jiangsu,China;
  2. College of Life Science,Life and Science College of Nantong University,Nantong 226007,Jiangsu,China)
  
  Abstract: Balb/C mice were immunized with a hapten conjugate of Metolcarb, and their spleen cells were harvested. VH and VL genes were amplified by RT-PCR. VH and VL were matched into ScFc by overlap extension PCR, and cloned into pCANTAB5E expression vector, and then transformed TG1 cells. Thus the phage single-chain Fv(ScFv) library with a size of about 7.6×105 was successfully constructed. The library was biopanned by 5 rounds of binding-elution-enrichment procedure; and 6 positive clones with high specificity for Metolcarb were obtained. The results generated could be the foundation for large-scale production of specific antibodies against Metolcarb.
  Key words: metolcarb;single chain Fv(ScFv); phage-display
  速灭威(Metolcarb,3-甲苯基-N-甲基氨基甲酸酯)是氨基甲酸酯类杀虫剂,具有触杀和熏蒸作用,主要用于稻田、蔬菜、水果及经济作物等的害虫防治。虽然速灭威为中等毒杀虫剂,但农产品上残留的速灭威仍会对人体健康造成潜在的危害,有必要对其进行持续的监控检测[1]。
  目前定量分析速灭威残留的主要方法是气相色谱(GC)和高效液相色谱(HPLC)等仪器分析法,但这些方法必须对样品进行步骤冗长的纯化处理,很难达到快速、简便的现场检测要求;与仪器分析相比,免疫分析法具有快速、简单、灵敏、价廉等优点,可用于现场快速检测,具有广阔的应用前景和开发潜力[2]。
  抗体作为免疫分析的核心试剂,其制备技术一直是制约免疫分析法在农药残留分析领域应用的瓶颈因素。与传统的多抗和单抗制备技术相比,第三代抗体制备技术――噬菌体抗体库技术具有基因型与表型相统一、选择与扩增相统一的优点,它不仅可以绕过繁琐的杂交瘤制备过程,甚至可以省略动物免疫的步骤,使得建立各种文库以及体外筛选任何目的分子的重组抗体成为可能[3]。因此,噬菌体抗体库技术为化学农药抗体的制备开拓了新的思路。
  本研究利用噬菌体展示技术,构建抗速灭威噬菌体ScFv库,从中筛选与速灭威特异性结合的噬菌体ScFv阳性克隆,为进一步实现速灭威免疫快速检测提供大量制备特异性抗体的新途径。目前,国内外有关速灭威ScFv制备的研究尚未见报道。
  1材料与方法
  1.1材料
  1.1.1实验动物BALB/c小鼠,雌性,6周龄,由南通大学实验动物中心提供。
  1.1.2主要试剂速灭威免疫原HOM-BSA和包被抗原HOM-OVA参照文献[2]的步骤合成;弗氏完全佐剂与弗氏不完全佐剂购自Sigma公司;Trizol试剂购自Invitrogen公司;rTaq DNA聚合酶、限制性内切酶、T4 DNA连接酶、DNA凝胶回收试剂盒、质粒抽提试剂盒购自TaKaRa公司;mRNA纯化试剂盒、E. coli TG1、pCANTAB5E、M13KO7辅助噬菌体、ScFv构建试剂盒、重组噬菌体筛选试剂盒购自Pharmacia公司;蛋白胨、酵母提取物购自Oxoid公司;TMB(3,3′,5,5′-四甲基联苯胺)由中国华美生物工程公司进口分装;其余基本试剂均为分析纯。
  1.2方法
  1.2.1动物免疫及mRNA的分离免疫原HOM-BSA与等量弗氏完全佐剂混合,对小鼠腹腔注射进行免疫。换不完全佐剂,隔2周加强一次,共加强5次,取小鼠脾脏前3 d再用HOM-BSA加强免疫一次,采用酶联免疫吸附测定(ELISA)法检验抗体滴度,取免疫效果好的小鼠脾脏以Trizol试剂提取总RNA,经Oligo(dT)纤维素层析柱分离得mRNA。
  1.2.2VH,VL 基因扩增以mRNA为模板,在鼠源反转录酶催化下,以随机六聚体为引物合成cDNA第一链,用小鼠抗体重、轻链可变区特异性引物,PCR扩增VH和VL基因。将PCR产物进行1.5%琼脂糖凝胶电泳,用DNA凝胶回收试剂盒回收目的基因片段。
  1.2.3ScFv基因的克隆纯化回收的VH、VL基因片段与Linker Primer Mix以等摩尔浓度混合,进行重叠延伸PCR反应。PCR反应参数为94℃、1 min,63℃、4 min,进行7个循环后延伸5 min,从而将VH、VL基因随机拼接成ScFv,再继续进行30次循环,反应条件为94℃、1 min,55℃、2 min,72℃、2 min,循环结束后,72℃延伸10 min。将PCR 产物进行1.5%琼脂糖凝胶电泳,用DNA凝胶回收试剂盒回收目的基因片段。
  1.2.4抗速灭威噬菌体ScFv库的构建将纯化的ScFv片段用SfiⅠ、NotⅠ双酶切,与经同种双酶预切的pCANTAB5E噬菌粒载体连接,转化感受态
  E. coli TG1,铺板后,30℃过夜培养,计算重组子数,估计库容。随机挑取文库的重组子,提取质粒后PCR扩增ScFv基因片段,电泳回收后的ScFv基因片段用BstNⅠ酶切消化,4%琼脂糖凝胶电泳分析酶切指纹图谱,进行文库多样性分析,同时对提取的质粒进行Hin dⅢ、Eco RⅠ双酶切鉴定。其余菌落用2×YT液体培养基冲刮并收集,加入氨苄青霉素至105μg/L、葡萄糖至2%,并加入M13KO7辅助噬菌体超感染,37℃振荡培养1 h后,离心沉淀菌体,用2×YT-AK液体培养基悬浮,37℃振荡培养过夜,离心沉淀菌体细胞,上清即为抗速灭威噬菌体ScFv库。
本文为全文原貌 未安装PDF浏览器用户请先下载安装 原版全文   1.2.5抗速灭威噬菌体ScFv库的富集筛选
  1)第一轮富集筛选。参照文献[4]的步骤进行第一轮富集筛选。在进行第一轮筛选时,降低筛选强度可避免有价值的稀有噬菌体重组子的丢失。本研究第一轮包被抗原HOM-OVA的浓度为50.0 μg/mL,噬菌体ScFv的非特异性洗脱次数为10次。筛选结束取10 μL已感染重组噬菌体的细菌培养物作6次10倍稀释,100 μL/SOBAG平板,30℃温箱培养过夜,测定噬菌体ScFv滴度,计算噬菌体的回收率,分析亲和富集效果。
  2)后四轮富集筛选。第二、三、四、五轮筛选抗原的包被浓度依次为5.0、3.0、1.0、0.5 μg/mL,第二轮以后的噬菌体ScFv的非特异性洗脱次数为20次,其余步骤同第一轮。
  3)多克隆噬菌体ELISA。采用多克隆噬菌体ELISA分析各轮吸光度值变化可初步鉴定每轮富集筛选的效果。①将包被抗原HOM-OVA用0.05 mol/L碳酸盐包被缓冲液(pH值为9.6)稀释为10 μg/mL,96孔酶标板100 μL/孔包被,4℃过夜;②去包被液,PBS缓冲液洗涤3次,3%脱脂奶粉(PBS缓冲液配置)200 μL/孔,37℃封闭2h;③去封闭液,PBS缓冲液洗涤3次,每轮筛选后,分别取相同滴度(5×109 PFU/mL)、PEG/NaCl沉淀获得的噬菌体ScFv与等体积3%的脱脂奶粉(PBS缓冲液配置)混匀,100 μL/孔,37℃孵育2 h,阴性对照为相同滴度扩建的原始噬菌体ScFv库;④去噬菌体悬液,以0.05% Tween20-PBS洗涤6次;酶标二抗HRP/Anti-M13用3%脱脂奶粉(PBS缓冲液配置)做1∶10 000的稀释,100 μL/孔,37℃孵育1h;⑤弃去溶液,以0.05% Tween20-PBS洗涤6次,加入TMB显色液100 μL/孔,37 ℃孵育10 min;⑥50 μL 2mol/L H2SO4/孔终止反应;⑦酶联仪测定OD450nm值。
  4)单克隆噬菌体ELISA。随机挑选第三、四、五轮经PCR和酶切验证的重组子制备单克隆噬菌体ScFv;取相同滴度的单克隆噬菌体ScFv参照上述多克隆噬菌体ELISA步骤进行检测,阳性判定的标准为OD值大于等于阴性对照孔的2.1倍;通过计算每轮筛选的单克隆噬菌体ScFv的阳性率来鉴定富集筛选效率。
  1.2.6高亲和力高特异性抗速灭威噬菌体ScFv的筛选
  1)单克隆噬菌体ELISA筛选试验。①抗体库经五轮富集筛选后,将最后一轮筛选后的涂布在SOBAG平板上,分批挑选经PCR及酶切验证含重组噬菌粒的重组子制备单克隆噬菌体ScFv;②取相同滴度的噬菌体ScFv进行单克隆噬菌体ELISA筛选试验,阴性对照孔为相同滴度用空载体转化菌扩增的M13K07;③取ELISA吸光度值高的阳性克隆进行下一步竞争抑制试验,阳性判定的标准为OD值大于等于阴性对照孔的2.1倍。
  2)竞争抑制试验。采用游离的速灭威原药进行单克隆噬菌体ELISA竞争抑制试验可进一步排除具高亲和力的非特异性阳性克隆。将50 μL用3%脱脂奶粉(PBS缓冲液配置)稀释的噬菌体抗体(5×1010PFU/mL)与50 μL不同浓度的(1、10、100 μg/mL)速灭威原药(用3%脱脂奶粉10倍稀释)37℃孵育30 min,使抗原抗体充分反应,其余操作同上述多克隆噬菌体ELISA;计算抑制率,分析竞争抑制效果。抑制率=(未加速灭威的OD450 nm-加入速灭威的OD450 nm)/未加速灭威的OD450 nm×100%。
  2结果与分析
  2.1抗体基因PCR产物的鉴定
  用1.5%琼脂糖凝胶电泳检测PCR产物,结果显示扩增出的VH和VL基因片段分别约为340 bp和320 bp(图1),重叠延伸PCR后,获得扩增产物约为750 bp的ScFv基因(图2),与预期的片段大小相符。
  
  2.2抗速灭威噬菌体ScFv库的构建
  ScFv基因片段经酶切、连接后,转化E. coli TG1感受态细胞。重组子在氨苄青霉素选择性培养基上生长旺盛,连接产物的载体转化率约为4.5×105/μg载体。为了增加抗体库容量,本研究将每40 μL感受态细胞与4 μL连接产物混匀后电转,共进行了40次连接和80次转化反应来构建抗速灭威噬菌体ScFv库。经计数,长出的重组子总数约为7.6×105,而以未转化的TG1感受态细胞涂布的平板则没有重组子长出。
  2.3抗速灭威噬菌体ScFv库的鉴定
  2.3.1重组子的PCR鉴定以随机挑选的重组子的质粒为模板,均能扩增出分子量大小约750 bp的DNA片段(图3)。
  
  2.3.2重组子的双酶切鉴定对PCR鉴定结果为阳性的重组噬菌粒进行Hin dⅢ、Eco RⅠ双酶切鉴定,电泳结果显示均被切成约2 111 bp和3 111 bp的两个条带(图4),表明有外源基因插入片段,连接转化成功。
  
  2.3.3文库的多样性分析由于BstNⅠ的切割位点[5′-CC(A/T)GG-3′]在免疫球蛋白的可变区基因中大量的存在,因此可用BstN I酶切来间接鉴定文库的多样性[5]。本试验从文库中随机挑取的重组子的ScFv基因片段经BstN I酶切后的指纹谱型各不相同(图略),说明文库的多样性好、实际有效性有保障,该抗体库的库容量约7.6×105。
  2.4抗速灭威噬菌体ScFv库的富集筛选
  以速灭威人工抗原HOM-OVA对抗速灭威噬菌体ScFv库进行了5轮“吸附-洗脱-扩增”的富集筛选。通过降低抗原包被浓度和增强洗脱力度的方法逐渐洗去了非特异性吸附的噬菌体ScFv。经测定,噬菌体第一、二、三、四、五轮的回收率分别为1.0×10-4%、1.1×10-5%、2.6×10-4%、5.9×10-4%、5.6×10-4%,总体上显示了一个增加的趋势,说明特异性的噬菌体ScFv得到了有效富集。
  2.5富集筛选效果的分析鉴定
  2.5.1多克隆噬菌体ELISA的初步分析5轮洗脱液扩增的噬菌体ScFv各取5×109PFU/mL进行多克隆噬菌体ELISA检测,其OD450 nm值逐轮增高,分别为第一轮0.107±0.010、第二轮0.143±0.020、第三轮0.282±0.020、第四轮0.431±0.010、第五轮0.533±0.020,而阴性对照(原库扩增产物)OD450 nm值为0.076±0.010。结果显示,从第三轮开始,OD450 nm值已为阴性对照的2.1倍以上,说明各轮富集筛选有效。
  2.5.2重组子的PCR鉴定经过对第三、四、五轮富集筛选后SOBAG平板菌的菌落PCR鉴定,每轮随机挑选的20个重组子均能扩增出大小约750 bp的片段(图略),不存在插入子片段缺失的现象。
  2.5.3重组子的双酶切鉴定选PCR鉴定结果为阳性的噬菌粒进行Hin dⅢ、Eco RⅠ双酶切鉴定,电泳结果显示均被切成约2 111 bp和3 111 bp两个条带(图略),证明富集筛选过程中插入的ScFv片段没有丢失。
  2.5.4筛选效率的比较对上述第三、四、五各轮随机挑选的20个经PCR和酶切鉴定的重组子进行单克隆噬菌体ELISA检测,结果显示,第三、四、五轮的阳性率分别为35%、65%、80%,第三、四、五轮的P/N均值分别为2.32、3.21、4.41,说明本试验富集筛选效率较高。
本文为全文原貌 未安装PDF浏览器用户请先下载安装 原版全文   2.6单克隆噬菌体ELISA筛选高亲和力阳性克隆
  从第五轮筛选后得到的细菌集落中分批随机挑选大量重组子,以未经筛选的噬菌体初级库为对照,单克隆噬菌体ELISA测定这些重组子的噬菌体ScFv与HOM-OVA的结合活性,从中筛选出20个P/N值达到4.00以上的高亲和力阳性克隆。
  2.7阳性克隆竞争抑制试验结果
  为了排除假阳性发生,对上述20个阳性克隆进行竞争抑制反应,竞争抑制结果显示:当抗原包被浓度为5.0 μg/mL、噬菌体滴度为5×1010PFU/mL时,有6个阳性克隆对速灭威的识别作用明显(表1),竞争抑制反应体系中速灭威浓度为10 μg/mL时,抑制率均达到20%以上。
  
  3讨论
  抗速灭威噬菌体ScFv库的多样性是获得特异性噬菌体ScFv及分泌表达单链抗体的关键所在。为了能最大限度地获得抗体可变区基因,保持文库的多样性,我们采取了以下措施:①扩增小鼠重链、轻链基因时采用的PCR引物套组是根据抗体可变区基因上、下游相对保守的骨架区设计的,理论上该套引物能结合数百个V片段中的任何一个以及6个J片段中的任何一个,有较好的通用性,可确保ScFv文库能最大限度地保持小鼠体内B细胞克隆的多样性,这是保证抗体库容量的基础[6]。②在试验中加大了VH、VL的原始用量(由cDNA 扩增得到的VH、VL);尽管操作手册建议用PCR产物再扩增,但扩增后仅仅增加了基因的量,抗体库中基因的多样性并没有增加;因此研究中我们采用了混合多次、由cDNA直接扩增得到的VH、VL PCR产物的方法来保证其所用量。BstN I酶切指纹图谱分析表明,本研究所构建的免疫抗体库具有良好的多样性分布,库容量为7.6×105。
  噬菌体ScFv库的筛选,需要对许多条件进行优化,包括噬菌体的制备及其滴度,但更重要的是要优化筛选策略。本研究我们通过降低抗原浓度、增强洗脱力度的方法逐渐富集与之特异性高亲和力高的噬菌体。①利用抗原浓度递减的梯度式筛选。因为第一轮淘选时,阳性克隆在抗体库中的比例和数量很低,若选择强度过高,极易导致阳性克隆的丢失,且在后几轮的淘选中将无法弥补。经过第一轮的淘选后,阳性克隆获得了一次富集和扩增,数量和比例均得以大幅度提升,因此在随后的淘选中,即使提高严谨度,阳性克隆也不易丢失。②确定筛选轮数。筛选轮数过少,特异性噬菌体ScFv不能高度富集,筛选轮数过多,产出率会降低。有研究证明,重复5次筛选效果较好[7,8]。本研究为了得到特异性高的噬菌体抗体,共经过了5轮严格的“吸附-洗脱-扩增”淘洗过程。③确定洗涤次数。本研究第一轮筛选洗涤10次,可将非特异性噬菌体和辅助噬菌体洗去,第二轮以后洗涤20次,可除去亲合力低的噬菌体ScFv,得到高亲合力的噬菌体ScFv。噬菌体回收率及ELISA鉴定结果显示,上述筛选策略是较为成功的。
  本研究通过5轮“吸附-洗脱-扩增”的过程,观察到了特异性噬菌体ScFv的富集,但是,富集程度与国外文献报道的相比有一定的差距,筛选出的阳性克隆比例亦低于文献报道[9]。分析原因可能为:用单一纯化抗原免疫小鼠构建的文库通用性差、容量偏小,B细胞中原始的重轻链之间的组配(Pairing)可能发生了丢失。理论研究表明文库容量越大筛选任意抗原表位的抗体的机率就越大,发现高亲合力噬菌体ScFv的可能性也会有所增加[10-12]。诚然,经过一系列的筛选虽然获得了6个有一定特异性的噬菌体ScFv,但我们应该看到这些阳性克隆的亲和活性仅仅是分泌型噬菌体ScFv所表现的活性,而且,噬菌体外壳蛋白对ScFv的活性还存在一定的影响,因此,关于这些阳性克隆的应用前景仍有待于对可溶性ScFv特性的进一步研究加以验证。
  4结论
  本研究以速灭威抗原免疫的小鼠为试验对象,成功构建了库容约7.6×105的抗速灭威噬菌体ScFv库,通过对该文库的5轮“吸附-洗脱-扩增”的富集筛选,获得了6个特异性较强的抗速灭威噬菌体ScFv阳性克隆。本研究结果为速灭威特异性抗体的大量制备奠定了一定的基础,对开发其他化学农药的重组抗体具有重要的理论价值和实践意义。
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