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肺炎支原体CARDS毒素蛋白多表位拼接抗原的表达及鉴定

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中国人兽共患病学报 588 Chinese Journal of Zoonoses 2017。33(7) DOI:10.3969/j issn 1002—2694.2017.07.003 肺炎支原体CARDS毒素蛋白多表位 拼接抗原的表达及鉴定 刘宝山 ,赵芝娜。,赵雨杰。,王桂珍。 摘 要:目的 探讨肺炎支原体CARDS毒素蛋白多表位拼接抗原的免疫反应活性。方法 对CARDS毒素蛋白的抗lg- 表位进行分析,选取10个重要的表位进行拼接,反向翻译后合成并克隆,插入pET28a表达载体构建pET—CARDS表达质粒 并转入受体菌。经IPTG诱导表达的多表位拼接CARDS蛋白使用6×His单克隆抗体和人阳性血清进行了免疫印迹的检 测。结果 CARDS毒素蛋白的多表位拼接抗原表达载体构建成功,诱导后表达大小为30KDa的重组蛋白,Western blot测定 其能与6×His单克隆抗体和人阳性血清发生反应。结论 本研究选取的CARDS毒素蛋白抗原表位具有较强的免疫活性, 可为Mp感染的诊断提供新的候选抗原。 关键词:肺炎支原体;CARDS毒素蛋白;多表位拼接抗原;表达;鉴定 中图分类号:R375 文献标识码:A 文章编号:1002—2694(2017)07—0588—04 Expression and identification of recombinant chimeric CARDS of Mycoplasma pneumoniae LIU Bao—shan 。ZHAO Zhi—na。,ZHAO Yu—jie。,WANG Gui—zhen。 (1.ShenyangAgriculture University,Shenyang 110866,China; 2.Shenyang Pharmaceutical University,Shenyang 110016,China; 3.China Medical University,Shenyang 110013,China) Abstract:We expressed multi—epitope chimeric protein of CARDS toxin protein of Mycoplasma pneumonia(Mp)in pro karyotic cells,and purified and investigated its immunoreactivity.A recombinant multi—epitope chimeric gene including ten criti— ca1 epitopes was connected by linker and cloned into prokaryotic expression vector pET一2 8a(+),and transformed into E.coli BL2 1(DE3)ce11s for expression under induction of IPTG.The antigenicity of expressed recombinant protein was identified with 6×His monoclona1 antibody and human positive serum by Western blot.The recombinant expression vector pET—CARDS was constructed and the about 30 kDa recombinant chimeric protein expressed in BL21(DE3)successfully.Western blot analysis showed that it can react respectively with 6×His monoclonal antibodies and human positive serum.This study showed that the chimeric CARDS protein has an obvious immunoreactivity and a potential to be a new antigen for the diagnosis of Mp infection. Keywords:Mycoplasma pneumonia;CARDS toxin;chimeric;expression;identification Supported by the Department of Science and Technology of Liaoning Province(No.20122225019) Corresponding author:Wang Gui—zhen,Email:gzw004@126.corn 肺炎支原体(Mycoplasma pneumonia,Mp)是 引起呼吸系统炎症,而且与哮喘的发病密切相关,并 可引起广泛多系统肺外并发症_2。]。 社区获得性呼吸道感染的重要病原体,约占社区获 得性肺炎的1O%~4O ,并呈增加趋势 。其不但 辽宁省社会科学发展基金(No.20122225019)项目资助 通讯作者:王桂珍,Email:gzw004@126.CON 作者单位:1.沈阳农业大学,沈阳 110866; 近年来,一种被称为社区获得性呼吸窘迫综合 征(community acquired respiratory distress syn— drome,CARDS)毒素的抗原在Mp感染中的作用引 起人们的关注。最新研究发现肺炎支原体毒力因子 2.沈阳药科大学,沈阳 110016; 3.中国医科大学,沈阳 110013 社区获得性呼吸窘迫综合征毒素(community ae— quired respiratory distress syndrome toxin,CARDS 7期 刘宝山等:肺炎支原体CARI)S毒素蛋白多表位拼接抗原的表达及鉴定 589 TX)足巾MPN372 冈编码的591个氨基酸的货 白质.主要分布丁胞膜和胞质,具有l|核酸腺}1:核糖 迹.鉴定CARDS拼接蛋白的 达及免疫活性。 转移酶活性 .依靠膜联蛋白A2结合真核细胞 . 参与侵犯呼吸道等病理生理过程 , 而被认为是 Mp的一个重要毒力因子。 2()1 5年司文等存使用重绀【、ARDs毒索货r1 诊断肺炎支原体感染的血清学El ISA试验巾。发现 其敏感性高于重组I 1篮白,可作为Mp感染诊断的 新抗原“,但比市售试剂盒的敏感性低。推测这可 能是 为其分子 大(约70 kI)).包被时分子结合 数 少. 抗原表f 町能会被阻挡.从而导致敏感 度下降。为了克服这个缺点,寻找更加有效的抗原 位点,提高检测的敏感性,本研究对其候选抗原表位 进行了拼接表达。为探讨其抗原活性打下基础。 1材料与方法 1.1 材料 1.1.1 试/f0 pE F28a(+)表达裁体南本试验拳保 存;j£他试剂均为 产。 1.1.2 临床标本来源 临床肺炎支原体感染患者 血清收集于中国医科大学附属第四医院,抗体效价 大于1:40(富士瑞必欧株式会社生产的赛乐迪亚 麦可Ⅱ肺炎支原体抗体检测试剂盒)。 1.2 办法 1.2.1 CARDS毒索蛋白基因的筛选 根据Gen— Bank巾CARDS毒素蛋白(MPNE一0433)的轼【大j序 列((、I,O()2077.1).应H{在线分析f 具TMHMM进 行分析,选取目标抗原表位进行连接,使用大肠杆菌 偏好密码子进行反向翻译后,交 【:生物]I程(卜 海)股份仃限公司合成并克隆。 1.2.2 CARDS霞组衷达载体的构建 提取克隆 重组质粒和pET表达载体质粒.分刖用BamH l和 EcoR I舣晦切,[n]收CARDS拼接基因片段和线性 pE'l、28a载体,连接后转化E.codi I3I 21(I)E3)菌株。 挑选克降蔺株进行培养,提取质粒进行酶切鉴定,筛 选得到pET—CARI)S阳性菌株。 1.2.3 重组CARI)S毒素蛋白的诱导表达pET— CARDS阳性菌株培养至OD 为0.5时.加入 IPTG至1”g/mI 绣导pET—CARI)S阳性菌株表 达CARI)S拼接蛋白.5 h后菌液采样进行SDS— I AGE电泳鉴定。 1.2.4 免疫印迹鉴定 诱导菌和未诱导菌进行 SDS—PAGE,然后转印至纤维素膜,分别使用6 ×His单克隆抗体和人肺炎支原体阳性血清作为一 抗。使用HRP标记的赁白G作为二抗进行免疫印 2 结 果 2.1 (、ARDS毒索 白基l大J的筛选 采川牛物学 软件DNAMAN分析得到CARI)S毒素蛋白的抗原 表他(表1),选择具有亲水性的抗原表何(斜体加 粗).使J}J linker(厌色底纹)进行连接,得到拼接蛋 白序列: I MSW LRE YVP E∞GPI AAA NVR SAW'LVD AVP VEP GHA HHP AGR 42 43 VVE EMH NPH YQE LQT QAN OQP WLP TPG IAT PVH LSI P0A ASV 84 85 ADA DNY NLQ SLP QYA SSV KEL EDT PVY LRG IKT PKO KSS FPo I 26 27 FIF FWD VVQ RIC LKD rrQ YAG QLK VHL SVS AVN AGWYWR GY5 I68 69YTP0LSGYFSR DLTIPSVEG LNFR I93 将拼接蛋 1和CARDS毒索蛋 经SMART住 线分析,表明两个蛋白均含有Pfam:Perlussis SI 结构域,E Value分圳为4e一31和1.1t a a c g C C g a c a C c t g g c t g  e一126.具有高 度的相似性。 a g g c g t t g t g t C c g C g t a g c g g c g g g g g c g a g g g t a 然后采用大肠杆菌偏好密石Jt t a c g g g t g g t C a g g t g t C t a g C g a g c a g c C g a g a g C t a a g t c C t g t a a c C C C t 9 g t t g a a 5子进行反向翻译,t C c a t g a c C g  组成588 bp大小的基凶序列: t t a g C t t g a C t a C g a t 9 t C a g t g C g a g C g C g g a a t a g t t t t g t g C C t t a a t C C a t c a g a a c g C g C t g g g t c g g g c c g C a c g t a C g g t g C c g g a C c g g t a a a a g t t t C C C a C g t a g t t c a a a g a C g g C g a c g t c a c a a t c a C g g a g g t a g a c a g t g C c t g g C C t t C g g t a C C a g g a C g a a g g C g g g a C C a C a t g t C c C t C g c t g g C C g t C C g a C a g a t c a g a a g C c C C C a g a t t C g a g C g a t a g t g C g t g C g g C c C t a g t a a g g t a 将序列两端分别加上B(c g g a t C C g a t c c C a g c g a a g a 1i1,g C c 1H【和E R I酶切 t g c g a g g g a t g a 位点,送生工生物T程(tg t C C C C C g a g C a g -.海)股份有限公ra a g C a a C t C g a C a a 订合成并 a g a g C g a t t 克隆。 a g c C g c c t t C C g g t a C g C 七 g g g t a C g g a g C c a g C g C g g C g a t g g a C C a a a t t C 9 g C g g g t a g C 表1 CARI)S毒素蛋白的抗原表位分析列表 (斜体加粗为选取的抗原表位) l'ab.1 Analysis of antigenic epitopes of CARDS protein (Italics bold is selected) 5[)() 中国人兽共患病学报 续表 2.2 pEq、。CARDS表达载体的构建 构建的重组 表达质粒进行酶切鉴定.Ⅲ现600 bp的条带,与预 期结果卡f1符(图1),表明表达载体构建成功。 I M 2000 I 500 1()00 750 500 M:1)1—20t)(1 Marker;1:r(、sI rio1ion ei1zynl(、aI1aI、r is 图1质粒酶切 Fig.1 Restriction enzyme analysis 2.3  ̄:fit CARDS毒素蛋白的诱导表达 重组阳 性菌株绛117"I、G诱导后f_f』现一条明显的30 kD的蛋 白条带( 2),与预期重组蛋 大小一敛,表明拼接 蛋 得到表达。 M l 2 M:I rott、in Marke r:1:Uninduct、(1 hac ri;l:!:IndIl c(I hactt,ri I 图2 蛋白的诱导表达 Fig.2 Induced expression 2.4 表达蛋白的免疫印迹鉴定 Jl}J 6×His单克隆 抗体进行免疫印迹分析,…观特件性的条带( 3A)。用人肺炎支原体阳性m清作为一抗进行免嫂 分析.存30 kD处也ffI现特异性的条惜(图3B)。 2 1 M M 1 2 ●一35 kI)_—◆ 一 瓣 ●一25 kI)_—◆ A B A:WB h ’6 HIS 1110110 Ion l1 antilIf)lI x;l{:Wl{h IJ Jn 1 I)【】 ltivt rU rll M:P Fo rt、in marker;1:[1nit1(h 、(I ha c-t‘、ri#l;2:hid_】c d hacI Ⅲi l 图3重组蛋白的免疫印迹 Fig.3 Western——blot of rCARDS 3讨 论 Mp的CARDS毒素蛋 llt 5,91个氨基酸构成。 其 一术端为ADP核糖基化活化所必须. 术端和 完整的('ARDS毒素一样有诱导哺乳动物细胞窄泡 化(Vacuolization)的作Hj ’。I大1此认为,CARDS 毒素蛋F{可能为Mp的毒力因子,参‘ Mp的增殖、 接合・行与感染的持久化及呼}l技道炎症反应有关。 2Ol1 F-Peters等在难治性哮喘忠并的血清标小捡 7期 刘宝山等:肺炎支原体CARDS毒素蛋白多表位拼接抗原的表达及鉴定 591 测中发现,Mp阳性组、持续阳性组中CARDS毒素 和P1蛋白的IgM抗体显著比Mp阴性组高,从而 表明它们具有较好的免疫性,有希望能用来发展一 种Mp的诊断方法_9]。2013年Novella等检测了相 关肺炎患者支气管灌洗液中的Mp CARDS毒素的 核酸、蛋白及血清中的抗体,结果显示,CARDS毒 素DNA、蛋白及抗体的检出率均高于P1蛋白,约 4O 的被检者CARDS毒素分析阳性_】 。 Kannan等在Mp感染的实验动物模型中,用重 组CARDS毒素蛋白和P1黏附蛋白检测感染小鼠 血清中的抗体,两种重组蛋白抗原检测的抗体效价 无明显差异_2]。2015年司文等重组表达了CARDS 毒素蛋白,对肺炎支原体感染血清的ELISA试验, 发现其敏感性高于重组P1蛋白,但检测的敏感性 仍低于商品试剂_8]。 为提高CARDS毒素蛋白作为包被抗原的敏感 性,本研究将其候选抗原表位进行了拼接,表达后可 以和肺炎患者的阳性血清发生反应,这提示其具有 较好的反应原性,可纯化后进行包被,比较敏感性的 高低。 至于拼接蛋白的反应原性是某个抗原表位的作 用,还是某些抗原表位的共同作用,以及哪个抗原表 位起主导作用,尚需要进行进一步的研究。 参考文献: Eli Li ZW,Xiao GW,Zhang GX,et a1.Mycoplasma pneumoniae in— fection and drug resistance in children in Meizhou area from 2010 to 2014EJ].Chin J Zoonoses,2016,32(03):306—311.DOI: 10.3969/J.issn.1002—2694.2016.03.0I9(in Chinese) 李舟文,肖光文,张国雄,等.梅州地区2O10—2014年儿童肺炎 支原体感染及耐药情况分析[J].中国人兽共患病学报,2016,32 (03):306-31l_ [2]Kannan TR,Krishnan M,Ramasamy K,et a1.Functional map— ping of community—acquired respiratory distress syndrome (CARDS)toxin of Mycoplasma pneumoniae defines regions with ADP—r|bosyltransferase,vacuolating and receptor-binding activities[J].Mol Mierobiol,2014,93(3):568—581.DOI:10. 1111/mmi.1268O E3]Wang XM,Zheng DX,Liang SY,et a1.Analysis of assays to community—acquired Mycoplasma pneumoniae infection in the elderly patientsrJ].Chin J Zoonoses,2015,31(02):189—190. DOI:10.3969/j.issn.1002—2694.2015.02.021(in Chinese) 王希敏,郑东旭,梁双吟,等.老年获得性肺炎支原体感染的检 测与分析[J].中国人兽共患病学报,2015,31(02):189—190. E4]Becker A,Kannan TR,Taylor AB,et a1.Structure of CARDS toxin,a unique ADP—ribosylating and vacuolating cytotoxin from Mycoplasma pneumoniaf-j].Proc Natl Acad Sci U S A,2015, 112(16):5165—5170.DOI:10.1073/pnas.1420308112 [5]Somarajan SR,A1一Asadi F,Ramasamy K,et a1.Annexin A2 me— diates Mycoplasma pneumoniae community—acquired respiratory distress syndrome toxin binding to eukaryotic cells[J].MBio, 2014,5(4):e01497-14.DOI:10.1128/m Bio.01497—14 [6]TR Kannan OM.Mycoplasma pneumoniae Community Ac— quired Respiratory Distress Syndrome toxin expression reveals growth phase and infection—dependent regulation[J].Mol Mi— crobiol,2010,76(5):1127—1141.DOI:10.1111/j.1365-2958. 2010.07092.x E7]Kannan TR,Coalson JJ,Cagle M,et a1.Synthesis and distribu— tion of CARDS toxin during Mycoplasma pneumoniae infection in a murine model[J].J Infect Dis,20l1,204(10):1596—1604. D0I:10.1O93/infdis/jir557 [8]si w,Zhou SG,Liu BS,et a1.Clinical application of recombinant Mycoplasma pneumoniae CARDS toxin protein in detection of Mycoplasma pneumoniae:A preliminary study[J].Chin J Mi— crobiol,2015(11):1262—1265.(in Chinese) 司文,周世冠,刘宝山,等.重组肺炎支原体CARDS毒素蛋白临 床检测应用的初步研究[J].中国微生态学杂志,2015(11): 1262—1265. [9]Peters J,Singh H,Brooks EG,et a1.Persistence of community— acquired respiratory distress syndrome toxin—‘producing Myco—_ plasma pneumoniae in refractory asthma[J].Chest,2011,140 (2):401-407.DOI:10.1378/chest.11-0221 r10]Novella L,Sanz F,Ferndndez—Fabrellas E,et a1.Differential characteristics of patients with mild acute respiratory distress syndrome due to community—acquired pneumonia admitted to icu[-J].Chest,2014,145(3一MeetingAbstracts):176A.DOI: 10.1378/chest.1775773 收稿日期:2016—06—29编辑:张智芳 

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