发明内容
本发明旨在针对耐甲氧西林金黄色葡萄球菌重组蛋白抗原(FnbA1)制备中的抗原蛋白纯化,,提供一种工艺简捷、所获得目标蛋白纯度高、回收率较好的纯化工艺和方法。
为实现上述目的,本发明采用如下的技术方案。
一种耐甲氧西林金黄色葡萄球菌疫苗重组蛋白抗原的纯化方法,包含步骤:
收集发酵的表达FnbA1的工程菌后,按照高压破菌、离心,硫酸铵分步沉淀,GST亲和层析、PP酶切,离子交换层析、凝胶过滤层析技术的顺序组合对制备的抗原进行纯化。
步骤具体为:
1)高压破菌:将收集的抗原的菌体以pH为7.0-7.5的10-20mM PBS缓冲液混匀悬浮,预冷后采用高压匀浆破菌,高速离心,收集上清;
2)硫酸铵分步沉淀:4℃搅拌条件下,上清中缓慢加入终浓度为30%的硫酸铵,搅拌半小时以上,10000-15000g高速离心20分钟以上,收集上清,上清中继续缓慢加入终浓度为40%的硫酸铵,搅拌半小时以上,10000-15000g高速离心20分钟以上,收集沉淀;
3)沉淀复溶:称量沉淀湿重,按重量体积比为1∶10比例加入pH为7.0-7.5的10-20mM的PBS缓冲液,搅拌混匀10-15分钟,10000-15000g高速离心20分钟以上,收集上清;
4)GST亲和纯化:选择GST亲和层析填料进行初步纯化,使用PBSpH7.0-7.5的条件下对目标蛋白进行纯化,Prescission Protease酶进行酶切洗脱;
5)离子交换层析纯化:步骤4)收集的样品,pH调至9.0,使用pH为9.0、10~50Tris、0~0.1MNaCl的Tris缓冲液平衡层析系统及离子交换层析柱,然后采用pH为9.0、10~50Tris0.5~1MNaCl的buffer梯度洗脱;
6)疏水层析纯化:将步骤5)纯化获得的样品,按1∶1的比例与pH为7.5的20mM PB,3M(NH4)2SO4混合,采用缓冲液pH为7.5的10mMPB,1.5M(NH4)2SO4平衡层析系统和疏水层析柱后上样,采用pH为7.5的10mM PB梯度洗脱,去除痕量非目标蛋白等杂质,分离纯化目标蛋白。
7)脱盐:采用PBS平衡脱盐柱,将步骤6)纯化获得的样品通过脱盐柱置换缓冲液。
优选地,步骤1)采用生产或中试纯化中的60-80MPa高压匀浆破菌技术,高速离心获取破菌上清。
优选地,步骤2)和步骤3)硫酸铵分步沉淀再复溶。
优选地,步骤4)所述的GST亲和纯化所使用的填料为GST-Sepharose4B、GST-Sepharose 6B、GST-Sepharose FastFlow、GST-Sepharose HP之一。
优选地,步骤4)所使用的Prescission Protease酶带有GST标签,以利于去除Prescission Protease酶。
优选地,步骤5)所使用的离子交换层析填料为Q HP、RESOURCE Q、Q FF、Adhere之一。
优选地,步骤6)所述的凝胶层析柱为Superdex75、Superdex 200、Superdex HR 10/30之一。
本发明所述抗原是通过以下步骤制备的:
1)设计正向引物和反向引物通过PCR扩增或全基因合成以获得编码FnBA1蛋白活性片段的核酸序列;
2)将步骤1)所获得的核酸序列克隆至表达载体构建重组载体,然后将该重组载体转化至宿主菌;
3)诱导转化后的宿主菌表达重组蛋白。
本发明的有益效果是:本发明采用的此纯化方法,从表达耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(MRSA)重组基因工程疫苗候选抗原(本申请中命名为FnbA1)的大肠杆菌工程菌中可以获得纯度大于98%的FnbA1,得率50%以上,整个纯化过程无需额外置换缓冲液。
耐甲氧西林金黄色葡萄球菌疫苗重组蛋白抗原FnbA1为采用生物信息学方法,从MRSA的纤连蛋白结合蛋白A中预测出的的活性片段,经大肠杆菌基因工程菌表达获得。
通过上述工艺处理不同批次的FnbA1作12%SDS-PAGE,呈现出单一目标蛋白条带,分子量约为72KD,纯度在98%以上。蛋白等电点在pH4.5左右。不同FnbA1肽指纹图谱各峰峰数均保持一致,各峰的保留时间均在±10Sec内波动,说明肽图谱重现性好。纯化后的FnbA1与氢氧化铝佐剂或磷酸铝佐剂共同注射免疫BalB/C小鼠,发现FnbA1加免疫佐剂组血清中的IgG水平显著高于阴性对照组(PBS组)(P<0.01),证明使用本发明纯化方法获得的FnbA1可有效刺激机体产生较高的免疫应答。使用MRSA标准株252(购自ATCC)感染,发现FnbA1加免疫佐剂组感染率 为80%作用,且具有良好的重复性,表明该蛋白片段具有良好的免疫原性和免疫保护性,可用作耐甲氧西林葡萄球菌重组基因工程疫苗的候选抗原。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作详细描述。
实施例一:抗原FnBA1的制备
本实施例所使用的菌株与各种试剂如下:
1.菌株
金黄色葡萄球菌MRSA-252国际标准株由美国ATCC提供;
2.试剂
质粒pGEX-6p-2、大肠杆菌菌株XL-1blue为申请人教研室保存,
primeSTAR HS DNA Polymerase、DNA Marker、限制性内切酶BamHI和Not I、蛋白Marker为大连TakaRa公司产品;
质粒提取试剂盒和凝胶回收试剂盒为美国Omega公司产品;
细菌基因组提取试剂盒、超薄回收试剂盒以及显色液为天根公司产品;
T4DNA Ligase为Fermentas公司产品;
谷胱甘肽-琼脂糖凝胶Glutathione Sepharose 4B为美国GE Healthcare公司产品。
本实施例的具体步骤如下:
(一)耐甲氧西林金黄色葡萄球菌纤连蛋白结合蛋白A活性片段FnBA1活性片段的克隆
1.首先根据MRSA-252FnBA蛋白全长基因序列,应用生物信息软件进行结构分析,确定需要扩增的FnBA1目的基因片段。所述FnBA1目的基因片段的核苷酸序列如SEQ ID NO:1所示,其蛋白的的氨基酸序列如SEQ ID NO:2所示。
2.根据分析结果,采用PCR方法自MRSA-252基因组扩增FnBA1目的基因片段,扩增步骤如下:
1)设计PCR引物如下,分别为SEQ ID NO:3-4(下划线示酶切位点碱基序列)
FnBA1-F:SEQ ID NO:3
5′-CGCGGATCCATGGGACAAGATAAAGAAGCTGCA-3′
BamH I
FnBA1-R:SEQ ID NO:4
5′-TTTTCCTTTTGCGGCCGCCTATCCATTATCCCATGTTAATGTAT-3′
Not I
2)-80℃冷冻库中取出保存的耐甲氧西林金黄色葡萄球菌MRSA-252菌株涂布于MRSA-252专用固体培养基上,于37℃培养过夜,再挑取单菌落接种于MRSA-252专液体体培养基中培养8个小时,参照细菌基因组抽提试剂盒抽提MRSA基因组。
3)以MRSA-252全基因组DNA为模板PCR扩增FnBA1基因片段
PCR体系:
模板(239.2nngμl) |
2.5μl |
FnBA1-F(50μM) |
1μl |
FnBA1-R(50μM) |
1μl |
Taq酶 |
2.5μl |
dNTP |
2μl |
Buffer |
15μl |
灭菌双蒸水 |
26μl |
总体积 |
50μl |
PCR扩增反应条件98℃预变性5min,94℃变性30s,50℃退火30s,72℃延伸1min30s,30个循环,72℃完全延伸6min。反应完毕后使用1%的琼脂糖凝胶检测PCR扩增结果,PCR扩增结果示于图1中。
4)使用凝胶回收试剂盒回收FnBA1PCR产物。
3.PCR产物的鉴定与克隆,步骤如下:
1)BamH I和Not I酶切pGEX-6P-2质粒和FnBA1PCR产物
酶切反应体系:
[0076]
10×K Buffer |
3μl |
0.1%BSA |
6μl |
Product |
45μl |
总体积 |
60μl |
37℃酶切2h。
2)使用超薄回收试剂盒回收pGEX-6P-2质粒和经BamH I和Not I酶切的PCR产物。
3)连接和转化
通过紫外分光光度计测定FnBA1酶切回收产物核酸浓度:21ng/μl,pGEX-6P-2酶切回收产物核酸浓度:60ng/μl。
连接反应体系:
soultion I |
5μl |
FnBA1酶切回收产物 |
4.5μl |
PGEX-6P-2酶切回收产物 |
0.5μl |
总体积 |
10μl |
混匀,16℃连接2h。
4)从-80℃冰箱取3管大肠杆菌XL1blue感受态细胞,第一管加入pGEX-6P-2质粒,作阳性对照;第二管加入DNA连接产物;第三管不加外源DNA,作阴性对照。冰浴50min,42℃金属浴中热击90s,迅速冰浴2min。加入600ul LB空白培养基,混匀,置于37℃摇床中220rp振摇1h。
各管以5000rpm室温离心3min.,弃去300ul上清,再重悬菌体,取200μl涂布于Amp抗性LB平板。平板倒置于37℃培养箱中培养24h。
5)pGEX-6p-2/FnBA1阳性重组质粒的筛选、鉴定
①阴性对照平板没有菌落出现;阳性对照平板长满菌落,说明感受态细胞制作正确,结果可信。挑取转化平板上分隔良好的菌落,接种于Amp抗性LB培养基中,37℃振荡培养过夜;
②质粒抽提:参照质粒提取试剂盒说明书进行;
③质粒DNA进行BamH I和Not I双酶切;
双酶切反应体系:
BamH I |
0.5μl |
Not I |
0.5μl |
10×K Buffer |
0.5μl |
0.1%BSA |
1μl |
重组质粒 |
8μl |
总体积 |
10.5μl |
37℃酶切2h;
④1%的琼脂糖凝胶电泳检测双酶切结果,结果如图2,可见泳道2样品为构建成功的pGEX-6p-2/FnBA1重组质粒;
⑤pGEX-6p-2/FnBA1重组质粒送往上海英俊公司测序,测序结果比对结果示于图6,可见重组质粒的目的基因片段的序列是正确的。
(二)MRSA-252FnBA亚单位活性片段FnBA1在原核表达系统-大肠杆菌中诱导表达、纯化及表达形式的鉴定
1.目的蛋白诱导表达
1)取双酶切鉴定正确的pGEX-6P-2-FnBA1/XL-1blue菌液100μL加入10mLAmp抗性的TB培养基中,80rpm 37℃过夜培养,分别取过夜培养的菌液400μL加入20mLAmp抗性的TB培养基中(余下的菌液保存在4℃冰箱中备用),37℃培养2~3h,转速200rpm,二次活化至OD600为0.8-1.0时,加入IPTG 4μL,使其终浓度为200μM,再置于摇床诱导表达30℃3h,25℃5h,16℃过夜诱导表达。
2)将诱导表达后的菌液取出,以12000rpm离心5min,弃去上清,加入1mL lysis buffer混匀,超声裂解3min(超声6次30s/次),再4℃14000rpm离心15min,分离上清和沉淀。
2.处理上清
取Glutathione Sepharose 4B 20μl,用PBS洗涤3次后,将准备好的上清加入Glutathione Sepharose 4B中,室温结合1h。在4℃下以14000rpm离心3min后,使用PBS-0.25%吐温20洗涤2次,PBS洗涤一次。向结合后的Glutathione Sepharose 4B加入20ul 2×蛋白质上样buffer,煮沸5min,14000rpm离心3min。
3.处理沉淀
在沉淀中加入500μL lysis buffer重悬菌体,取80uL重悬菌液加入20μL5×蛋白质上样buffer,煮沸5min,14000rpm离心3min。
4.SDS-PAGE电泳,将5%浓缩胶灌入制胶版中,在加入蒸馏水将胶压平,室温放置30min使其凝固,将上层的蒸馏水倒干,再灌入10%分离胶,立即插上梳子,室温放置30min使其凝固备用。
5.将处理好的上清和沉淀分别取10μL上样,进行SDS-PAGE电泳。电压先80v电泳30min,再调至180v,电泳1~2h后,将胶取出,置于考马斯亮蓝染色液中振荡染色,再置于脱色液中振荡脱色后,在呈像系统下观察结果,结果示于图3,PGEX-6P-2-FnBA1/XL-1blue在16℃、25℃、30℃均为可溶性蛋白,且无明显差异。
(三)FnBA1抗原的制备
1.放大培养获取蛋白
取保存在4℃冰箱中备用的pGEX-6P-2-FnBA1/XL-1blue菌液400μL加入到20mL含Amp抗性的TB培养基中进行一次活化,200rpm 37℃培养5~6h后,取8mL一次活化的菌液加入到400mL含Amp抗性的TB培养基中进行二次活化,37℃培养3~4h至OD600为1.0时,加入80ul IPTG(终浓度为200uM)置于16℃摇床中过夜诱导后,12000rpm离心15min 收集菌体,再加20mL lysis buffer重悬菌体后,将菌液进行超声裂解3min(200V),收集上清与800μL用于结合GST融合蛋白的GlutathioneSepharose 4B凝胶珠(beads)结合处理;再进行SDS-PAGE凝胶电泳。
2.使用酶切方法,将目的蛋白和GST标签分开,获取FnBA1目的蛋白
向余下约800μL已结合蛋白的Glutathione Sepharose 4B中加入800μLPBS和120μL PreScission protease(PP酶),室温垂直旋转酶切5h后,离心吸取上清后,分别用800μL PBS洗涤3次,各后取10μL样品变性处理后,上样5μL进行蛋白电泳(方法同上),在呈相系统下观察结果,酶切前GST融合蛋白分子量在96kDa左右,酶切下来的FnBA1蛋白分子量在72kDa-95kDa之间,与预期蛋白分子量大小相符合,电泳结果示于图4,其中泳道1表示酶切前,含有GST标签的融合蛋白;泳道2表示酶切后,由于目的蛋白与结合与凝胶珠的GST标签分离,因此在上清获取的目的蛋白;泳道3表示酶切后,洗涤Glutathione Sepharose 4B凝胶珠(beads)获取的非特异性结合在beads上的目的蛋白;泳道4表示酶切后,非特异性结合在beads上的目的蛋白和特异性结合在beads上的酶和GST标签。
3.BCA法测定蛋白含量,最高浓度为1.7mg/mL。
实施例二:高压破菌、离心
将构建的表达可溶性耐甲氧西林金黄色葡萄球菌重组基因工程疫苗候选抗原FnbA1的大肠杆菌工程菌,通过高密度发酵,目标蛋白表达率为18%,4℃,10000g离心15-30min收集菌体备用。
菌体200-500g以PBS(10-20mM,pH7.0-7.5)缓冲液,按重量体积比为1∶10比例混匀悬浮,4℃预冷。
高压匀浆机:使用蒸馏水冲洗高压匀浆机管道,低温循环系统开启预冷至1-4℃备用。
预冷的悬浮菌液加入高压匀浆机,压力维持在60-80Mpa破菌3-5次,取破菌液涂片行结晶紫染色,油镜下每个视野下未破碎菌小于1-2个视为破菌完全。
高速离心:破菌后的液体装入离心桶,4℃,10,000-15,000离心15-30min,收集上清备用。上清电泳结果如图1所示,FnbA1表达量极高,可能在30%以上。
实施例三:硫酸铵分步沉淀、复溶
4℃搅拌条件下,上清中缓慢加入终浓度为30%的固体硫酸铵,搅拌半小时以上,10000-15000g高速离心20分钟以上,收集上清。上清中继续缓慢加入终浓度为40%的硫酸铵,搅拌半小时以上,10000-15000g高速离心20分钟以上,收集沉淀;
沉淀复溶:称量沉淀湿重,按重量体积比为1∶10比例加入复溶液(10-20mM,pH7.0-7.5,0.5%Triton),搅拌混匀10-15分钟,10000-15000g高速离心20分钟以上,收集上清。复溶后的样品电泳结果如图2泳道1所示,蛋白经过复溶后纯度达到60%左右,已经除掉了大量杂蛋白。
实施例四:GST亲和纯化
1.结合选择GST亲和层析填料进行初步纯化,将实施例二中收集的上清加入用于结合GST融合蛋白的Glutathione Sepharose 4B凝胶珠(beads)中,4℃结合3h以上,结合过程采用垂直旋的方法以促进蛋白与beads的结合。
2.酶切将目的蛋白和GST标签分开,获取FnBA1目的蛋白
将上述结合蛋白的beads采用复溶液洗涤3-5个体积后,采用PBS继续洗涤3-5个体积,除去未与beads结合的杂蛋白。然后向beads中加入一定体积的PreScission protease(PP酶),4℃垂直旋转酶切3h左右后,用PBS洗涤3次,4℃保存用于后续精细纯化。同时,各取10μL样品变性处理后,上样5μL进行SDS-PAGE蛋白电泳。电泳结果如图2泳道2-4所示,经过GST初纯,目的蛋白的纯度进一步提到,达到80%左右,仍有待进一步的纯化,除去痕量杂质。
实施例五:离子交换层析纯化
实施例三收集的样品,采用NaOH将pH调至约9.0,同时采用bufferA(10-50mM Tris pH9.0)稀释样品,使其电导降至8.0mS/cm以下。同时, 采用buffer A平衡层析系统及离子交换层析柱(Q HP、RESOURCE Q、QFF、Adhere均可),待电导和UV指数稳定后上样,上样结束后采用bufferA洗柱至UV280不再下降为止,此时采用buffer B(10-50mM Tris pH9.0,0.5-1MNaCl)梯度洗脱并收集各个洗脱样品,4℃保存并进行SDS-PAGE电泳鉴定。层析图如图3所示,在离子交换层析过程中,有少量的蛋白流穿,由于UV吸收值太小,未取样电泳,可能是部分杂蛋白流穿。洗脱过程中共出现4个峰,分别命名为峰1、峰2、峰3和峰4。结合电泳结果(图4)发现,峰1主要为目的蛋白,纯度达到90%以上,而且峰的左半部分纯度明显高于右半部分。峰2和峰3中虽然目的蛋白仍很多,但杂蛋白含量明显提高,在目的蛋白上方出现大量杂蛋白。峰4中杂蛋白更多。由此,将峰1的样品保存在4℃备用。
实施例六:疏水层析纯化与脱盐
将实施例四纯化获得的峰1样品按照1∶1的比例加入buffer C(20mMPB,pH7.5,3M(NH4)2SO4)中,边加边搅拌。采用疏水层析柱(phenyl或butyl)前先用buffer D(10mM PB,1.5M(NH4)2SO4)平衡层析系统和层析柱,然后将上述蛋白样品上样,上样结束后采用buffer C洗柱至UV280不再下降为止,此时采用buffer D(10mM PB,pH7.5)梯度洗脱并收集洗脱样品,并对收集的样品进行SDS-PAGE检测。图5为两次疏水层析的层析图。图6为两次层析的电泳结果,结果表明:最后得到的蛋白中基本没有杂带,蛋白纯度达到98%以上。
收集疏水层析的样品后,采用PBS平衡脱盐柱,然后将样品通过脱盐柱置换缓冲液,得到最终的目的蛋白,即纯化的抗原。
虽然本发明已以较佳实施例披露如上,然其并非用以限定本发明,任何所属技术领域的技术人员,在不脱离本发明之精神和范围内,当可作些许之更动与改进,因此本发明之保护范围当视权利要求所界定者为准。