临床肺科杂志2010年6月 第15卷第6期 823 结核分枝杆菌早期分泌抗原靶6 kDa蛋白原核载体 的构建及在E.coli中的高效表达 李兵 刘威龙 张晶 张明霞 邓群益 李晓鹤 罗瑞玲余卫业 陈心春 周伯平 【摘要】 目的获得高效表达的结核分枝杆菌早期分泌抗原靶6 kDa蛋白(ESAT-6)。方法利用PCR方法扩增出ESAT- 6基因片段,将酶切处理后的基因片段定向克隆到原核表达载体pET-21b(+),酶切分析和序列测定鉴定出ESAT-6基因的阳性 重组子,将其转化入E coli BL21(DE3),阳性菌株经IPTG诱导,SDS—PAGE和免疫印迹分析靶蛋白的表达;重组蛋白经Ni-NTA His・Bind⑩Resins纯化。结果成功扩增出ESAT-6基因片段,构建了重组表达质粒pET—ESAT ̄,SDS-PAGE显示表达产物分 子量约为6 kD,经亲和纯化后的ESAT ̄重组蛋白纯度高,且能被结核病人血清所识别。结论利用pET原核表达系统成功的 对结核分枝杆菌ESAT ̄重组蛋白进行高效表达和纯化,重组蛋白具有良好的免疫活性。 【关键词】结核分枝杆菌;早期分泌抗原靶6 kDa蛋白;原核表达 Construction of prokaryofic recombinant plasmid and high expression in E coil of Mycobacterium tuberculosis ESAT-6 L/Bing,LIU眈 —long,ZHANG ,ZHANG -xia,DENG Qun—yi,LI Xiao—he,LUO Rui—lign,YU耽 一 , CHEN Xin—chun,ZHOU Bo-ping.Department ofInfectious Diseases,the rd People S Hospital Afifliated to Guangdong Medical College.Shenzhen 518D20.China 【Abstract】 Objective To obtain the high expressed early secretory antigentic traget ̄(ESAT ̄)protein of mycobacterium tuber- culosis.Methods ESAT ̄gene was ampliifed by PCR from myeobaeterium tuberculosis and the digestion fragment was cloned into pET一 21b(+).After being veriifed with restirction endonuclease digestion and DNA sequencing,the positive recombinant vectors were trails- formed into E.coli BI21(DE3)which Was then induced with IPTG and examined the expression of recombinant by SDS—PAGE and western— blotting.The fusion protein Was purified by afifnity chromatograph.Results ESAT ̄gene Was ampliifed and the pET—ESAT ̄prukaryotlc creombinant plasmid Was obtained.The recombinant protein was highly expressed by the induction of IPTG and can be recognized by serum of patient with Tuberculosis.Conclusion pET prokaryotic expression system can be used to construct the ESAT ̄recombinant and highly expressed the ESAT6 protein.Its antigen speciifcity was confirmed as it could be recognized by natigen—speciifc antibody(anti—ESAT ̄). 【Key words】 mycobacterium tuberculosis;early secretoyr antigentic traget-6;pmkayrotic expression 结核病的致病菌结核分枝杆菌分泌许多蛋白到细胞外, macia公司,标准分子量预染蛋白是英国NEB公司产品;抗 它们在结核病人的免疫反应中起重要作用。早期分泌抗原靶 ESAT ̄抗体购自Acfis—antibodies公司;DAB显色剂为天根生 6 kDa蛋白(Early secretory antigenic traget,ESAT ̄)是存在于 物工程公司产品;His・Bind⑧Puriifcation Kits购自Novagen 结核分枝杆菌培养物滤液中的一种分泌性蛋白,在结核杆菌 公司。 感染早期即可被机体的免疫系统所识别 0 ,早期分泌抗原 二、方法 靶6 kDa蛋白(ESAT&)是重要的T细胞抗原 l4 J,采用ES— 1 ESAT-6基目的扩增与克隆根据GenBank中结核分 AT_6来源的合成多肽被广泛用于检测外周血结核菌特异性 枝杆菌H37Rv ESAT ̄基因的序列合成如下引物(上游引物 IFN- 应答情况以诊断结核分枝杆菌感染。本研究应用带有 和下游引物的5 端分别引入EcoR I和Hindm酶切位点):上 6×His标签的pET原核表达系统,重组得到具有免疫活性和 游弓I物E—Up:5 一CCGGAA ITCGATGAcAGAGcAGcAG IIGG一3 ; 特异性的可溶性纯化蛋白ESAT ̄,可利用其作为特异性抗原 下游引物E—Low:5 一CCCAAGC'ITrGCGAACATCCCAGT- 进行结核患者体内结核菌特异性的细胞免疫检测,为结核的 GACGT一3 ;以结核分枝杆菌基因组DNA模板进行PCR扩增, 早期诊断提供基础。 扩增条件94℃预变性5 min、94℃变性30 sec、56 ̄C复性30 see、72℃延伸30 sec、循环30次、72℃延伸2 min,1.2%琼脂 材 料 糖凝胶电泳分离并回收PCR产物,与pGM-T载体连接后转化 一主要试剂标准分子量DNA Marker、Pfu Taq DNA 大肠杆菌JM109感受态细胞,菌落以PCR筛选阳性克隆,测 、聚合酶为大连宝生物工程公司产品,DNA凝胶同收试剂盒、 序。 小量质粒DNA抽提试剂盒为深圳赛百克生物公司产品, 2 ESAT ̄蛋白原核表达质粒的构建用EcoR I和 核酸内切酶和DNA连接酶为MBI公司产品。His・Bind⑩ HindIU双酶切ESAT一6目的片断和pET一21b(+)载体,琼脂糖 Puriifcation Kits购自Novagen公司。pET一21b(+)购自德国 凝胶电泳分离、切胶并回收酶切目的片段,在T4连接酶的作 Novagen公司;大肠杆菌JM109和B[21(DE3)购自瑞典Phar- 用下22 ̄C孵育2 h,连接产物转化大肠杆菌JM109,转化菌液 涂布于含氨苄青霉素(100 mg/m1)的LB固体培养基上,37℃ 基金项目:深圳市科技计划项目(200701008) 培养过夜,次日,挑取生长的菌落培养,PCR筛选阳性克隆,提 作者单位:518020广东深圳,广东医学院附属深圳第三人民医院传 取质粒进行双酶切鉴定,测序。 染科 3 ESAT ̄基因的诱导表达将重组pET—ESAT ̄阳性 824 临床肺科杂志2010年6月 第15卷第6期 中;免疫印迹分析显示该表达蛋白能被抗ESAT-6的特异抗 体识别(见图5),表明重组菌成功表达了ESAT-6融合蛋白。 质粒转化BI21(DE3),用含100 mg/ml Amp的LB培养基培 养过夜。次日取培养菌按1:100稀释转入100 ml体积重新 于37℃培养至A600=0.6左右时,用终浓度为0.1、0.2、0.4、 0.6、0.8、1.0和2.0 mmol/L的IPTG诱导6 h,收集菌体。 4表达水平的鉴定 菌体悬浮于适量2×SDS蛋白上 样缓冲液中,置沸水浴中5~10 rain,离心后取上清,用5%的 浓缩胶和12%的分离胶作SDS—PAGE。凝胶经考马斯亮蓝染 色和甲醇一乙酸脱色后,采集图象,用凝胶分析系统分析其表 达情况。 5重组蛋白表达形式分析收集菌体重悬于PBS,用 i■ l 2 1 2 36%强度冰浴超声碎菌10 rain,在4 ̄C条件下12000 rpm离心 10 mim,分别收集上清和沉淀,SDS—PAGE分析ESAT-6的表 达形式。 6重组蛋白抗原性鉴定采用Western—blotting方法,将 重组表达菌全菌蛋白作SDS—PAGE,用半干转移系统以0.8 mA/cm 稳流转移2 h,将凝胶上的蛋白质转印到NC膜上,用 封闭液4℃封闭过夜,PBS洗膜3次,每次10 mim;然后加入1 :1000稀释的抗ESAT-6抗体,室温反应1 h,同上述方法洗 膜;再与1:1000的HRP标记的羊抗鼠lgG;室温反应1 h,同 上洗膜;最后将NC膜浸入DAB显色液中染色,以蒸馏水冲 洗终止反应。 7重组ESAT一6蛋白的纯化与鉴定取超声碎菌后的 上清,用His・Bind⑧蛋白纯化试剂盒纯化重组的ESAT-6融 合蛋白,收集洗脱液,用SDS.PAGE和Western—blotting分析纯 化效果。 结 果 1 2 3 图1 ESAT一6PCR结果 1:DI2000;2/3:ESAT-6PCR产物 二、重组pET—ESAT-6阳性质粒的鉴定pET—ESAT-6阳 性重组质粒分别经Ecor I和Hind 11I进行双酶切,琼脂糖凝胶 电泳分别见到280 bp及5.5 kb两条片段(图2)。以重组阳 性质粒为模板,用PCR方法扩增出大小约280 bp的特异性片 段(图3)。重组质粒pET-ESAT-6经测序,确定重组质粒 pET—ESAT-6中正确连入ESAT-6开放读码框。表明重组质粒 pET—ESAT-6构建成功。 三、重组ESAT-6蛋白的表达与鉴定表达的重组菌裂 解液经12%SDS.PAGE分离、染色后,在约6 kD处出现一条 强的诱导表达带(见图4),而未经诱导的重组菌此处的蛋白 带较弱,蛋白主要以可融性存在,主要分泌在细菌裂解上清 图2重组质粒酶切鉴定 1:PET-ESAT-6质粒;2:质粒经EcoR I 和Hindm双酶切 图3重组质粒PCR鉴定 1:DI2000;2:重 组质粒PCR产物 4 6 KD 1 2 3 g 5 6 7 8 9 图4 ESAT-6重组蛋白SDS—PAGE 1:诱导前;2:蛋白Mark— er;3:O mMIPTG诱导;4~9:0.1~2 mmIPTG诱导 图5 Western blotting检测 1:PET-21b(+)空载体对照;2:蛋白 Marker;3:PET—ESAT-6诱导包涵体;4:PET—ESAT-6诱导上清 图6 纯化蛋白丽春红染色 1:纯化蛋白;2:蛋白Marker 四、重组ESAT-6蛋白的纯化经IPTG诱导的转化菌裂 解上清,按照His・Bind⑩Puriifcation Kits说明书操作步骤进 行亲和层析纯化后,SDS.PAG及免疫印迹分析表明,纯化的 蛋白能被抗ESAT-6的特异抗体所识别,纯化蛋白保存于一 20 ̄C备用(见图6)。 讨 论 ESAT-6由结核分枝杆菌RD1位点上的ESAT-6基因编 码,全长95个氨基酸,理论分子量为9.9 kD,经SDS—PAGE测 得其分子量为6 kD,故而得名 。编码基因ESAT-6全长288 bp,仅存在于致病性分枝杆菌中㈣。ESAT-6在结核分枝杆菌 临床肺科杂志2010年6月 第l5卷第6期 825 DNA芯片技术检测结核分枝杆菌耐药基因 潘建华 彭雪峰邓为之石国民 向延根 【摘要】 目的应用DNA芯片杂交技术快速检测临床分离株中结核分枝杆菌对异烟肼(INH)、利福平(RIF)、链霉素 (SM)和乙胺丁醇(EMB)的耐药性,并评价其临床应用价值。方法采用DNA芯片技术,将固定于纤维素膜上的四种药物 常见耐药基因的特异性探针,与结核分枝杆菌临床分离株生物素标记的聚合酶链反应产物进行杂交,共对97株临床分离株进行 检测,并将结果与绝对浓度法药敏试验结果进行比较。结果INH、RIF、SM和EMB的耐药基因检出的灵敏度分别为89.6%、 98.6%、81.8%和88.2%,特异度分别为93.3%、100%、100%和100%。结论简便快速敏感的DNA芯片杂交方法适用于临床 批量结核分枝杆菌耐药性的初筛。 【关键词】结核;分枝杆菌;核酸杂交;药物耐受性;突变 Rapid detection of resistant genes of clinical isolates in Mycobacterium tuberculosis by DNA chip technique PAN Jian—hua,PENG Xue-feng,DENG Wei・zhi,SHI Guo—min,XIANG Yan-gen.Department of Clinical laboratory,the Central Hospital ofChangsha。Changsha 4loOo4。China 【Abstract】0bjective To study the rapid detection of INH,RIF,SM and EMB in myeobacterium tuberculosis by DNA chip and to assess its value in clinical applications.Methods The ampliifed PCR fragments labeled biotin were used to hybridize with membrnae— bound speciifc oligonucleotide probes.Totla 97 strains of MTB were naalyzed,and the results were compared with conventional drug suscep— tibility tests.ResIllts The sensitivity of INH,RIF,SM and EMB was 89.6%,98.6%,81.8%and 88.2%,and speciifcity was 93.3%, 100%,100%and 100%respectively.Conclusion High sensitivity,short turnaround times and the potentila for screening large numbers of specimens rapidly,make the DNA chip technique suitbale as a first-line screening assay for drug resistant TB. 【Key words】mycobacteirum;tuberculosis;nuleotide hybridization;drug resistance;mutation 基金项目:国家十一五科技重大专项(艾滋病和病毒性肝炎等重大传 作者单位:410004湖南长沙,长沙市中心医院检验科 染病防治)(2oo9zx1oo05_018) 通讯作者:向延根,E-mail:xiangyangen@126.com ) ) 感染早期即能被机体的免疫系统识别,可诱导机体的抗原特 疫检测,为结核菌感染的早期诊断提供基础。 异性CD4 T细胞、CD8 T细胞增殖及产生大量IFN. J。因 参考文献 此,ESAT-6及其合成多肽被应用于结核菌特异性IFN- 应答 [1]李永华,庄辉.传染性非典型肺炎的病原学研究进展[J].中华 反应的测定,以诊断结核菌感染。 流行病学杂志,2003,24(5):342—343. 本文利用融合表达的方式成功的克隆了含有结核分枝杆 [2]何兴舟.环境与疾病一环境病因学研究中值得注意的问题[J]. 菌ESAT-6基因的原核表达重组质粒,该重组质粒在BL21 中华流行病学杂志,2003,24(1O):857—858. (DE3)中经IPTG诱导后得到高效表达,纯度达到85%左右, [3]Pernille Ravn,Martin E.Munk,et a1.Prospective Evaluation of a Whole・Blood Test Using Mycobacterium tuberculosis・-Speciifc Anti- 通过免疫印迹分析显示,表达的重组蛋白能被抗ESAT-6的 特异抗体识别,并具有良好的抗原活性。通过对其诱导后表 gens ESAT-6 and CFP一10 for Diagnosis of Active Tuberculosis[J]. Clinical and Diagnostic Laboratory Immunology,2005,12(4):491 达产物裂解液上清及沉淀分析,我们所表达的ESAT-6蛋白 —496. 以可溶性的形式存在于裂解液上清液中,不需变性直接用于 [4]Harboe M,OetteingerT,Wiker HB,et a1.Evidence for occurrence of 纯化即可得到具有免疫活性的蛋白。 the ESAT-6 protein in Mycobacterium tuberculosis and viurlent My- 我们采用His・tag与Ni“特异结合性进行固定化亲和 cobacterium bovis and for its absence in Myeobacterium bovis BCG 层析的方法进行快速纯化蛋白。组氨酸在一般蛋白质中属稀 [J].Infce Immun,1996,64(1):16—22. 有碱基,引人6个连续的组氨酸的融合蛋白具有很高的特异 [5]Sorensen AL,Nagai S,Houen G,et a1.Puriifcation and charactefiaz— 性;相应的纯化方法快速、简便、仅需一步,即可达到目的,而 tion of a low—molecular-mass T—cell antigen secrected by Mycobacte— 且His—bind树脂稳定性好,再生方便,容量大;层析介质上的 riumtuberculosis[J].InfectImmun,1995,63(5):1710—1717. 配基为金属离子,廉价易得,纯化蛋白具有生产成本低、易于 [6] Behr MA,Wilson MA,Gill WP,el a1.Comparative genomics of BCG 操作等优点。 Vaccines by Wholegenome DNA microarray[J].Science,1999,284 (5419):1520—1523. 综上所述,我们利用pET原核表达系统成功表达得到了 [7]Pollock JM,Andersen P.Predominant recognition of the ESAT-6 结核分枝杆菌ESAT-6重组蛋白并通过亲和层析的方法纯 protein in the fisrt phase of interferon with Myeobacterium bovis in 化,所表达的ESAT-6具有较好的免疫活性和特异性,可利用 cattle[J].Ifnect Immum,1997,65(7):2587—2592. 其作为特异性抗原进行结核患者体内结核菌特异性的细胞免 [收稿日期:20o9—09—15]