幼畜腹泻双价基因工程疫苗(K88、K99)的高密度发酵生产工艺及抗原过量表达

本文报道了幼畜腹泻双价基因工程疫苗(K88、K99)的高密度发酵生产工艺和抗原基因的过量表达研究结果。采用New Biunswick公司发酵罐,主要发酵参数为搅拌速度1000rpm,通气量为18L／min,溶氧为25％,pH6．5,罐压为48．3kPa,温度37℃,发酵时间为20h。菌体浓度为A 6 0 0 nm40以上,K88、K99抗原效价分别达212水平。发酵过程中发现表达的抗原除装配细菌伞毛之外,过量表达的抗原以相当于伞毛中抗原浓度游离存在于溶液中。含双价疫苗基因的表选型质粒的稳定性在发酵20h后保持在70％。本文结果表明利用小型发酵罐(10L发酵液)每次可制备10000支疫苗,完全可以满足对幼畜腹泻基因工程疫苗盼大量需要。     

带有K88与K99两种伞毛抗原基因的重组质粒的构建

产肠毒素大肠杆菌能引起仔猪、犊牛、羔羊等新生幼畜发生急性腹泻,K88与K99是这类产肠毒素大肠杆菌所产生的两种在免疫性质上不同的伞毛抗原。质粒pTK8899—6和pTK8899—8是由来自K99质粒DNA的4．5×10⁶道尔顿大小的BamHI片段与带有K88伞毛抗原基因的质粒pTK90DNA重组而构建成的;带有pTK889g一6或pTK8899—8的大肠杆菌c600菌株均能同时产生K88与K99两种伞毛抗原。限制性酶切图谱的研究表明,pTK88g9—6与pTK8899—8 DNA的分子量均为11．85×10⁶道尔顿,但这两种重组DNA中所带Kg9伞毛抗原基因的片段连接在载体DNA上的方向彼此相反,带有pTK8899—6或pTK8899—8的大肠杆菌c600菌株在产生K88或K99伞毛抗原的能力上没有明显的差别。带有K88与K99两种伞毛抗原基因重组质粒的大肠杆菌菌株有可能用作预防仔猪,犊牛和羔羊急性腹泻的菌苗。     

克隆毒素源性大肠杆菌K88ac抗原基因

E.coli79-l454(08：K88ac K31：H^-)是北京生物制品检定所从上海郊区腹泻的仔猪分离到的野生型毒素源性大肠杆菌,该菌产生K88ac抗原,产生热敏感毒素(LT)和热稳定毒素(sT)。发酵棉子糖,抗四环素,含有50Md的大质粒。用碱变性法提取,以线性cscl-EB密度梯度离心法纯化大质粒,用HindⅢ酶消化,回收6.5Md的片段,与载体pBR322连接,转化到E.coliRRl,选出Ap¹Tc²的转化子,用玻片凝集,琼艚扩散。K88ac抗血清致敏的绵羊红细胞反向间接血凝,被动溶血,ELISA等方法检测K88ac抗原均为阳性的重组体,其中一株命名为E.coliRR1(pMM031),酶切图谱表明除含pBR322 DNA的片段外,还台有约为6．5Md的片段,此片段是HindⅢ酶消化大质粒DNA产生的第二条片段,含有为K88ac抗原基因编码的遗传决定子。用LT基因探针菌落原位杂交,Y—l肾细胞试验等方法检测结果表明重组体不产生LT;用乳鼠试验及STb基因探针杂交均是阴性,说明重组体不产生ST。由此可见重组体产生K88ac抗原,但无毒性,有可能用作疫苗栋,也可以与其他因子配伍构建成更好的活疫苗株。     

一类不具有K88和K99抗原的大肠杆菌对仔猪小肠上皮的粘着性和电镜形态观察

由北京市农业科学院畜牧兽医研究所提供的苇沟5、巨山1及大兴1三个仔猪黄痢病原性大肠杆菌菌株,都不具有K88和K99抗原,但它们对仔猪都有很强的致黄痢作用。它们的菌体O抗原部属O64,同时具有一个共同的K(L)抗原。这三个菌株均能强烈地粘着于仔猪迥肠和空肠的粘膜绒毛上皮上。电镜形态观察,可见菌体表面有多条菌毛样结构,在铬喷镀投影标本中,这种菌毛可长达4μm。这类不具有Kss和K99抗原的肠病原性大肠杆菌菌株同时具有另一种与菌毛有关的表面粘着素K抗原。     

乳杆菌对致病性大肠杆菌K88和O138体外存活抑制的动力学研究

研究了一株分离自断奶仔猪小肠黏膜的肠乳杆菌L1（Lactobacillus intestinalis）体外发酵特性,及其代谢产物对病原性大肠杆菌Escherichia coli K88和O138存活的影响。体外发酵结果表明：发酵12h后,L,菌液pH值迅速降至3．90,并产生大量乳酸,为104．08mmol／L。L1菌株代谢产物对K88和O138体外生长抑制的动力学研究表明：L1菌株代谢产物对K88和O138存活具有很强的抑制作用;L1菌株发酵液与含相同浓度乳酸的自制培养液比较结果表明：乳酸在L1菌株代谢物对K88和O138存活抑制中发挥了主要作用：K88和O138对pH4．5的MRS培养液具有一定的耐受能力。     

毒素源性大肠杆菌K88ac抗原基因的次级克隆和重组质粒的限制图

从我国引起仔猪腹泻的野生株E. coli 79-1454克隆了K88ac抗原基因,获得了重组体E. coli RR1(pNZ8801),分子量为10 Md。为了得到分子量更小的重组体,用E．coRI消化重组质粒,除去中间约3.2 Md的片段,得到次级克隆株E. coli RR1(pNZ8802),质粒分子量为6.8 Md。测定其K 88ac抗原为阳性,而且其产生的K88at抗原量略高于初级克隆株。电镜照片表明重组体表面长有菌毛。萤光抗体染色和猪刷状缘细胞粘附试验亦表明有良好的粘附生物活性。此重组体可以与本人克隆的K99抗原基因构建成复合重组体。本文还作了重组体的限制性酶切图。     

双价工程菌K99和F41菌毛抗原的提纯、特征分析及免疫效果观察

本文利用加热搅拌及Sephadex G-100凝胶过滤方法,从双价重组工程菌RRI(pMG611)中分离了重组K99和F41菌毛抗原。SDS-PAGE测定其分子量,重组K99和F41抗原亚单位分子量分别是17200和29800,与各自野生菌毛亚单位分子量相同。甘露糖抗性血凝试验(MRHA)性质与野生K99和F41抗原相似。双向扩散试验和Western blot分析证实其免疫学性质亦与野生菌毛抗原相似。重组K99和F41抗原的免疫原性较强,能够刺激家兔产生高效价的抗体出现。     

高产莫纳可林K低产桔霉素红曲霉菌株的筛选和发酵条件初步优化

采集全国各地红曲霉制品中的红曲霉资源,经分离获278株红曲霉菌株。高效液相色谱(HPLC)法测定各菌株发酵液中莫纳可林K(Monacolin K)和桔霉素含量,筛选获1株Monacolin K产量较高、桔霉素含量较低的红曲霉菌株编号为M-22。依据形态特征和ITS基因序列,参照红曲霉属分类检索表,鉴定M-22菌株为紫色红曲霉(Monascus purpureus)。通过摇瓶发酵对温度、初始pH、碳源、氮源、碳氮比(C/N)等因素进行优化,确定M-22菌株摇瓶发酵产Monacolin K适宜条件为发酵温度26℃、初始pH 5.0、转速160 r/min,甘油为碳源、蛋白胨为氮源、碳氮比(C/N)为5:1,Monacolin K产量显著提高,最高为107.16 mg/L。以优化的发酵条件对M-22菌株进行5 L发酵罐发酵,发酵液中Monacolin K产量最高为189.83 mg/L,桔霉素含量32.53μg/L,红曲色素色价为16.38 U/m L。     

大肠杆菌K88菌毛蛋白发酵工艺的初步研究

采用液体培养基包括牛肉膏蛋白胨培养基和强化营养肉汤培养基对大肠杆菌K88进行发酵培养,采用不同摇瓶培养时间和不同pH值的培养基观察发酵结果,研究菌体和菌毛生产量的相关性,并通过紫外分光光度计UV751于600nm处测量菌体OD值以对菌种发酵情况进行检测.热激分离菌体和菌毛蛋白,(NH4)2SO4盐析分离纯化K88菌毛蛋白并用分光光度计于280nm处测定其OD值.透析后经SDSP-AGE检测菌毛蛋白纯度.根据实验结果优化发酵培养条件,确定菌种的最佳发酵工艺,以收获最多的K88菌毛蛋白.经过实验研究,最终确定了大肠杆菌K88在pH值为6.5、转速为250r/min的条件下发酵18个h,菌体和菌毛生产量均达到高峰,同时得出菌毛蛋白和菌体成正相关.     

K88大肠杆菌菌毛蛋白发酵工艺条件优化研究

分别采用LB培养基、牛肉膏蛋白胨培养基、强化营养培养基、玉米浆培养基对大肠杆菌K88进行发酵培养,选出最适于大肠杆菌K88生长的玉米浆培养基;采用正交实验对玉米浆培养基的C／N、K2HPO4／KH2PO4、Mg^2＋的配比进行优化,筛选最适于大肠杆菌K88生长的营养配比;研究生长曲线、接种量以及菌体和菌毛生产量的相关性,根据实验结果优化发酵培养条件,确定菌种的最佳发酵工艺,以收获最多的K88菌毛蛋白。研究表明,K88大肠杆菌在玉米浆培养基C／N、K2HP04／KH2PO4的配比分别为5／11、1／1,Mg^2＋为0．1g/mL,pH值为7．2,转速为200r／min,接种量为4．5％的条件下发酵26个小时,菌体和菌毛生产量均达到高峰,同时得出菌毛蛋白产生量和菌体量成正相关。     

乳杆菌对致病性大肠杆菌K88和O138体外存活抑制的动力学研究

研究了一株分离自断奶仔猪小肠黏膜的肠乳杆菌L1(Lactobacillus intestinalis)体外发酵特性,及其代谢产物对病原性大肠杆菌Escherichia coli K88和O138存活的影响.体外发酵结果表明:发酵12 h后,L1菌液pH值迅速降至3.90,并产生大量乳酸,为104.08 mmol/L.L1菌株代谢产物对K88和O138体外生长抑制的动力学研究表明:L1菌株代谢产物对K88和O138存活具有很强的抑制作用;L1菌株发酵液与含相同浓度乳酸的自制培养液比较结果表明:乳酸在L1菌株代谢物对K88和O138存活抑制中发挥了主要作用;K88和O138对pH 4.5的MRS培养液具有一定的耐受能力.     

用遗传工程技术构建含E．Coil K88ac和 LT(A-B+)两种抗原基因的菌株

用我室克隆的含大肠杆菌K88ac抗原基因的pMM031质粒和含肠毒素LT(A^-B⁺)抗原基因的质粒pPMc4,使用限制性内切酶BamHI酶解,取得了K88ac抗原基因的片段,再经和BamH I消化的质粒pPmc4连接重组,构建了同时具有这两种抗原基因的质粒pMM085羟琼脂糖凝胶电泳分析,pMM085质粒的分子量约为14．6Md,在宿主菌E．CoilC600,经过ELISA和反向间接血凝等几种试验测定K88ac抗原,结果都说明其抗原产量与亲本菌株基本相同。重组菌的抗甘露糖豚鼠红细胞凝集反应也是阳性。对肠毒素抗原用被动溶血试验测定,结果说明其LT-B的产量和亲本菌的产量也基本相同。重组的工程菌株经兔肠结扎试验表明没有毒性反应,因此重组菌株可以作为预防仔猪腹泻的活菌疫苗候选株。     

脑膜炎球菌P64K蛋白作为新型抗原载体的研究进展

P64K是来自奈瑟氏属脑膜炎球菌的一种外层膜蛋白,发现于脑膜炎恢复期患者和接种过古巴VAMENGOCBC疫苗的个体血清内。编码P64K蛋白的基因称lpdA,其编码序列长1782bp。P64K蛋白含593个氨基酸,由两个结构域组成,有二氢硫辛酸酰胺酰基脱氢酶活性。P64K是抗脑膜炎疫苗的候选者。因为P64K的高分子量和强免疫原性,被认为是一种很有前途的抗原载体 。     

新型载体蛋白P64K在大肠杆菌中的可溶性表达与纯化

用常规PCR方法从脑膜炎球菌中克隆出P64K基因,构建重组质粒pET28a-P64K转化BL21(DE3)宿主菌,经眦诱导表达筛选P64K蛋白的高表达菌株。结果证实P64K蛋白为胞内可溶性表达,表达量约占胞内总蛋白的30％。重组P64K蛋白经Butyl疏水柱、G200分子筛柱和Q阴离子柱三步层析后纯度达到95％以上,为今后进一步的功能和应用研究打下了良好的基础。     

猪肠毒素源性大肠杆菌K88ac粘附抗原的核苷酸序列分析

 本文对国内流行的猪肠毒素源性大肠杆菌K88ac抗原的结构基因的核苷酸序列进行了测定。该基因由849对核苷酸组成,编码了283个氨基酸的蛋白亚单位及21个氨基酸的信号肽。与国外报道的K88ac序列的不同是我们发现一个碱基的点突变,导致在抗原决定簇内一个氨基酸的改变。从核苷酸序列推导出的氨基酸序列与另两种亚型进行了比较。     

抗大肠埃希氏菌K88ab、K88ac和K88ad特异单克隆抗体

用MCA对K88粘附素扩原结构进行分析表明：在K88ab、K88ac和K88ad三种血清到中,同一种血清型的菌株至少能表达一个共同的型特异抗原决定簇;K 88ad菌林和K88ac菌株都能稳定地表达一个K88ab菌株不县有的共同的抗原决定簇;某些抗原决定簇仅存在于同一种K88血清型的部分菌株中。     

动物病原大肠杆菌K88的绿色荧光蛋白基因标记及其稳定性研究

成功地将gfp/luxAB双标记基因整合到K88染色体上,得到绿色荧光蛋白基因标记的大肠杆菌K88∶gfp/lux,其菌体和菌落形态与原始菌株K88完全一致,引入的新质粒不影响菌株的基本形态。从含gfp基因的质粒DNA和K88∶gfp/lux基因组DNA上均可扩增出大小约700 bp的gfp基因片段。大肠杆菌特异性基因检测结果表明,从大肠杆菌K88和K88∶gfp/lux基因组DNA上均扩增出大小约260 bp的大肠杆菌特异性基因片段,说明gfp基因标记后的菌株均为大肠杆菌。在相同的培养条件下,K88∶gfp/lux和K88的生长曲线的变化趋势基本相同。通过检测肠毒性基因(estA)发现,从大肠杆菌K88和K88∶gfp/lux基因组DNA上均扩增出大小约158 bp的肠毒性基因片段,说明gfp基因标记后的菌株在肠毒性方面未发生变化。在无选择压力条件下将K88∶gfp/lux菌株每隔12 h连续转接10次后,所有菌落均保持着均匀并且强烈的绿色荧光,说明标记基因在K88∶gfp/lux中的表达稳定性很高。K88∶gfp/lux和K88在中性偏酸性的环境中生长较好,当初始pH值偏碱性时,生长较差。     

毕赤酵母表达的含前S1、前S2和S表位乙肝表面抗原疫苗的制备和免疫原性研究

整合了乙肝表面抗原嵌合基因SS1和SS2的毕赤酵母工程菌株GS115-SS1S2经高密度发酵培养,甲醇诱导,抗原表达量达到300~600mg/L发酵液。SS1S2抗原经细胞破碎、硅胶吸附、疏水层析和凝胶过滤纯化,纯度达99%以上,每升培养物可收获纯化抗原82mg。纯化的SS1S2抗原经Al(OH)3吸附,在NIH小鼠中进行免疫效果评价。三组NIH雌性小鼠,分别腹腔接种2.5μg、0.625μg和0.156μgSS1S2疫苗或商品化的单S疫苗。部分小鼠在30天时采血,测定各疫苗组的ED50值。在SS1S2疫苗组,前S1、前S2和S抗原的ED50值分别为0.46、0.29和0.84μg,而S疫苗组S抗原的ED50为0.99μg。另一部分小鼠分别在7天和14天时采血,考察抗体阳转率与时间的关系。SS1S2疫苗前S1、前S2抗体阳转率在7d和14d时比S抗体的阳转率为高,提示前S抗体出现的时间较早。上述结果显示SS1S2疫苗比单S疫苗具有更好的免疫原性。     

预防幼畜腹泻双价工程菌苗株的构建及表达

Bam HI部分酶切表达K99抗原的重组质粒pMGK99,将其与相同酶切的含有F41菌毛基因的片段相连接,构建了载有两种抗原基因的质粒pMG611。通过转化大肠杆菌K12HB101、RRI和c600,得到HBlOl(pMG611)、RRl(pMG611)和C600(pMG611)菌株。经甘露糖抗性血凝试验、玻片凝集试验和western blot分析证明K99和F4l两种菌毛抗原在每株菌中均获表达。sDs—PAGE结果表明所表达K99和F4l菌毛亚单位的分子量与其各自野生株所产生的相同,分别是17200和29800Da,ELIsA测定HB101(pMG611)菌株表达K99和K41菌毛抗原的水平与相应出发菌株相同,而高于其野生株。本实验对质粒pMG611表达K99和F41菌毛抗原的影响因素也进行了研究。     

大肠杆菌K99菌毛fan操纵子的克隆、表达及活性

[目的]在体外克隆和表达猪产肠毒素大肠杆菌(ETEC) K99菌毛操纵子fan结构基因,并检测重组菌毛的相关生物学活性.[方法]以猪源分离的表达K99菌毛ETEC C83907株制取模板,成功PCR扩增出编码K99菌毛的fan操纵子,约5.7 kb.将fan操纵子克隆人表达质粒载体pBR322,筛选出含正确阳性质粒的重组菌.进一步将上述的重组质粒DNA转化至不含任何菌毛的大肠杆菌SE5000株,同时将空载体pBR322质粒转化入SE5000构建阴性对照菌株.[结果]该重组菌能与鼠抗K99菌毛单克隆抗体发生明显的凝集反应,与新生仔猪小肠上皮细胞刷状缘BBV分子有强烈凝集反应.电镜观察到上述重组菌表面大量表达K99菌毛,用热抽提法提纯其表达的K99菌毛,并经SDS-PAGE电泳和考马斯亮蓝染色,可以得到分子量约为18.5kDa的主要蛋白条带.纯化菌毛免疫小鼠后制备出高效价的鼠抗血清,能与携带K99菌毛的C83907、C83914、C83260野生株发生强烈的凝集反应,而与携带其他菌毛的ETEC不反应.玻板凝集试验和Western blot结果表明:体外表达的K99菌毛具有和野生K99菌毛相同的抗原性.用表达K99菌毛的重组菌进行HeLa细胞体外黏附试验和黏附抑制实验,结果表明:重组菌和野生菌株一样具有较强的粘附性,而且用重组菌毛制备的鼠抗血清能有效地抑制上述重组菌或野生菌株对细胞系的黏附结合.[讨论]本研究为进一步研究K99菌毛生物学作用建立了良好的实验平台.