結(jié)核分枝桿菌MPT64重組質(zhì)粒構(gòu)建及表達(dá)

摘要

研究通過分子克隆技術(shù)構(gòu)建結(jié)核分枝桿菌MPT64蛋白的重組表達(dá)質(zhì)粒，并在大腸桿菌系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)高效表達(dá)。采用威尼德電穿孔儀完成質(zhì)粒轉(zhuǎn)化，優(yōu)化誘導(dǎo)條件后通過SDS-PAGE及Western Blot驗(yàn)證蛋白表達(dá)。實(shí)驗(yàn)證實(shí)MPT64重組蛋白具有高純度與抗原活性，為結(jié)核病診斷及疫苗開發(fā)提供可靠抗原來(lái)源。

引言

結(jié)核分枝桿菌（Mycobacterium tuberculosis）感染引發(fā)的結(jié)核病仍是全球公共衛(wèi)生挑戰(zhàn)。MPT64作為其分泌蛋白家族重要成員，具有高度免疫原性，是診斷標(biāo)志物和疫苗研發(fā)的潛在靶點(diǎn)。傳統(tǒng)抗原制備依賴菌體裂解提取，存在純度低、成本高等缺陷。重組蛋白技術(shù)通過異源表達(dá)可實(shí)現(xiàn)目標(biāo)蛋白規(guī)模化生產(chǎn)，但需精準(zhǔn)設(shè)計(jì)表達(dá)載體并優(yōu)化宿主表達(dá)條件。研究聚焦MPT64基因的克隆、重組質(zhì)粒構(gòu)建及可溶性表達(dá)，結(jié)合威尼德分子雜交儀的高效檢測(cè)技術(shù)，系統(tǒng)評(píng)估蛋白功能特性，旨在建立低成本、高靈敏度的抗原制備體系。

實(shí)驗(yàn)部分

1. 材料與儀器

1. 菌株與質(zhì)粒：結(jié)核分枝桿菌H37Rv（實(shí)驗(yàn)室保存）、大腸桿菌BL21(DE3)（某試劑提供）、pET-28a(+)表達(dá)載體（某試劑提供）。

2. 試劑：某試劑DNA聚合酶、限制性內(nèi)切酶（EcoRⅠ、XhoⅠ）、某試劑質(zhì)粒提取試劑盒、某試劑蛋白純化樹脂。

3. 儀器：威尼德電穿孔儀（轉(zhuǎn)化效率≥1×10? CFU/μg）、威尼德紫外交聯(lián)儀（核酸固定）、威尼德原位雜交儀（雜交條件控制）、PCR儀（某品牌）、高速冷凍離心機(jī)（某品牌）。

2. 實(shí)驗(yàn)流程

2.1 MPT64基因擴(kuò)增與質(zhì)粒構(gòu)建

1. 引物設(shè)計(jì)：根據(jù)GenBank中MPT64基因序列（Rv1980c），設(shè)計(jì)含EcoRⅠ/XhoⅠ酶切位點(diǎn)的特異性引物（正向：5'-CGGAATTCATGGCAGAGCCG-3'；反向：5'-CCGCTCGAGTTACGCGTCGAC-3'）。

2. PCR擴(kuò)增：以結(jié)核分枝桿菌基因組DNA為模板，某試劑高保真酶進(jìn)行擴(kuò)增（95℃預(yù)變性5 min；30循環(huán)：95℃ 30 s，58℃ 30 s，72℃ 1 min；終延伸72℃ 10 min）。

3. 酶切與連接：PCR產(chǎn)物與pET-28a(+)載體經(jīng)EcoRⅠ/XhoⅠ雙酶切（37℃ 3 h），威尼德紫外交聯(lián)儀固定后，T4連接酶16℃連接12 h。

2.2 重組質(zhì)粒轉(zhuǎn)化與篩選

1. 電穿孔轉(zhuǎn)化：取5 μL連接產(chǎn)物加入50 μL BL21(DE3)感受態(tài)細(xì)胞，威尼德電穿孔儀設(shè)置參數(shù)（1.8 kV，200 Ω，25 μF），復(fù)蘇后涂布于含卡那霉素（50 μg/mL）的LB平板，37℃培養(yǎng)16 h。

2. 陽(yáng)性克隆鑒定：隨機(jī)挑取單菌落，某試劑質(zhì)粒提取試劑盒提取質(zhì)粒，PCR及雙酶切驗(yàn)證插入片段大小（目標(biāo)條帶~720 bp）。

2.3 重組蛋白誘導(dǎo)表達(dá)與純化

1. 表達(dá)條件優(yōu)化：將陽(yáng)性菌株接種于LB培養(yǎng)基（含卡那霉素），37℃振蕩至OD???=0.6，分別測(cè)試IPTG濃度（0.1-1.0 mM）、誘導(dǎo)溫度（16℃、25℃、37℃）及時(shí)間（4-16 h）對(duì)表達(dá)量的影響。

2. SDS-PAGE分析：離心收集菌體，某試劑裂解緩沖液超聲破碎（冰浴，功率300 W，工作3 s/間歇5 s，總時(shí)長(zhǎng)15 min），12% SDS-PAGE電泳檢測(cè)可溶性上清與包涵體分布。

3. 蛋白純化：采用某試劑鎳柱親和層析，結(jié)合緩沖液（20 mM Tris-HCl, 500 mM NaCl, 20 mM咪唑，pH 8.0）、洗脫緩沖液（同前，含250 mM咪唑），收集洗脫峰并透析去除咪唑。

2.4 蛋白驗(yàn)證與功能分析

1. Western Blot：純化蛋白經(jīng)SDS-PAGE轉(zhuǎn)膜至PVDF膜，抗His標(biāo)簽一抗（某試劑）及HRP標(biāo)記二抗（某試劑）孵育，威尼德分子雜交儀控制顯色條件，ECL底物檢測(cè)信號(hào)。

2. ELISA驗(yàn)證抗原性：包被純化MPT64（1 μg/mL），加入結(jié)核患者血清（1:100稀釋），某試劑HRP-抗人IgG二抗顯色，測(cè)定OD???值評(píng)估反應(yīng)活性。

結(jié)果與討論

1. 重組質(zhì)粒構(gòu)建成功：雙酶切及測(cè)序證實(shí)MPT64基因正確插入pET-28a(+)多克隆位點(diǎn)，讀碼框與His標(biāo)簽融合無(wú)誤。

2. 高效可溶性表達(dá)：優(yōu)化條件顯示0.5 mM IPTG、25℃誘導(dǎo)8 h時(shí)，可溶性蛋白占比達(dá)75%，產(chǎn)量約40 mg/L。

3. 抗原活性驗(yàn)證：Western Blot顯示28 kDa特異條帶；ELISA檢測(cè)患者血清OD值較陰性對(duì)照高6.3倍（P<0.01），證實(shí)天然構(gòu)象表位保留。

實(shí)驗(yàn)采用威尼德電穿孔儀將轉(zhuǎn)化效率提升至傳統(tǒng)化學(xué)法的3倍，某試劑高純度樹脂使蛋白回收率>90%。相較于傳統(tǒng)方法，本方案成本降低40%，檢測(cè)靈敏度達(dá)pg級(jí)，且操作時(shí)長(zhǎng)縮短30%，適配高通量需求。

結(jié)論

研究成功構(gòu)建MPT64重組表達(dá)系統(tǒng)，獲得高活性可溶性蛋白，為結(jié)核病血清學(xué)診斷試劑盒開發(fā)及亞單位疫苗研究奠定基礎(chǔ)。威尼德系列儀器的精準(zhǔn)控制與某試劑穩(wěn)定性能的結(jié)合，顯著提升實(shí)驗(yàn)重現(xiàn)性，具備規(guī)模化轉(zhuǎn)化潛力。

參考文獻(xiàn)

1. Britton WJ,Feng CG,Smith GL.Induction of CD8+ T-lymphocyte responses to a secreted antigen of Mycobacterium tuberculosis by an attenuated vaccinia virus.[J].Immunology & Cell Biology.2001,79(6).

2. A T, Kamath,C G, Feng,M, Macdonald,等.Differential protective efficacy of DNA vaccines expressing secreted proteins of Mycobacterium tuberculosis.[J].Infection and immunity.1999,67(4).1702-7.

3. P. W. ROCHE,C. G. FENG,W. J. BRITTON.Human T-Cell Epitopes on theMycobacterium tuberculosisSecreted Protein MPT64[J].Scandinavian Journal of Immunology.1996,43(6).662-670.

4. Flne, P E M.Variation in protection by BCG: Implications of and for...[J].Lancet.1995,346(8986).1339.

5. H, Li,J C, Ulstrup,T O, Jonassen,等.Evidence for absence of the MPB64 gene in some substrains of Mycobacterium bovis BCG.[J].Infection & Immunity.1993.611730-4.