文库筛选与分子进化的核糖体展示新方法

利用适当的文库筛选技术快速、简便地从DNA文库、随机肽库、抗体库或其它蛋白文库中筛选生物活性物质是目前分子生物学研究的一个热点.核糖体展示是一种完全离体进行的功能蛋白筛选和进化鉴定的新技术,避免了传统的活体筛选技术的缺陷,使得文库容量增大、分子多样性加强.本文系统地评述了核糖体展示技术在制备ScFv单链抗体方面的应用,包括ScFv单链抗体模板的构建、体外转录与体外翻译、亲和筛选及筛选效率的测定以及分子多样性和体外进化研究,讨论了核糖体展示技术目前的发展动态、存在问题及发展趋势.     

重组人淋巴毒素随机点突变组合文库的构建

构建重组人淋巴毒素（rhLT）随机点突变组合文库以进行体外分子进化及结构和功能的研究。应用含随机核苷酸序列的引物,通过Overlap PCR的方法分别对rhLT 的46、106和130位氨基酸进行定点随机突变,获得各单点随机突变体库。通过基因操作将这三个单点随机突变体库拼接并克隆于Pmd_18T载体建立三点组合突变体文库,DNA测序鉴定突变位点的随机性和多样性,原核表达该变异体库,体外测定生物学活性。成功获得rhLT三点随机点突变组合文库,其转化克隆数达到1.5×10⁵,是多样性理论值的4.5倍。50个样品的序列分析显示各个位点的核苷酸和氨基酸序列的突变都呈随机性分布。对原核表达的30个样品进行生物学活性测定,结果70%(21个)的样品无活性、23.3%(7个)的样品活性低于rhLT、6.7%(2个)的样品活性高于rhLT。成功构建了rhLT随机点突变组合文库,该库不仅在一级结构上具有良好的随机性和多样性,而且具有生物学活性的多样性,为应用噬菌体展示等高通量筛选策略对淋巴毒素进行体外分子进化和结构与功能的深入研究打下了基础。     

胞内随机序列多肽库的构建

根据达尔文的进化论思想发展起来的分子进化工程(Molecular Evolution Engineering),不仅有助于生命科学基础研究的发展,还有可能成为药物筛选的新手段.多肽进化是分子进化的一个重要组成部分,利用合成的随机序列寡核苷酸片段表达形成的多肽库(Random Peptide Library)包含一定长度多肽的所有可能的氨基酸排列顺序,通过一定模式的筛选,可定向筛选出有生物活性的肽段,用作药物或酶抑制剂.     

酶分子体外定向进化的研究进展

分子体外定向进化是改造酶分子的新策略,它主要通过体外模拟自然进化机制,利用基因随机突变、重组和定向筛选技术,使进化过程朝着人们需要的方向发展。简要介绍了酶分子体外定向进化的发展历史,详细介绍了突变文库构建和筛选方法的最新研究进展及应用情况。     

应用SELEX技术筛选人类血型IgG适体的实验研究

目的:建立Rh(D)血型的IgG类抗体适体的筛选方法,为后续合成适体并进行新生儿溶血病的防治研究奠定基础。方法:利用SELEX技术,构建含有52个随机序列的单链DNA文库,利用硝酸纤维素膜法筛选与IgG类抗体分子高亲和力结合的核酸分子,同时探索并优化将其扩增为双链DNA核酸库的PCR反应条件;通过膜结合实验检测核酸分子的富集效果并用凝胶阻滞实验初步测定所得核酸适体与Rh(D)血型IgG类抗体的亲和力。结果:随着筛选的进行,核酸分子的富集库向着与靶分子亲和性增强的方向进化,经过了11个循环,筛选出与Rh(D)血型IgG抗体结合力较强的核酸分子,与核酸结合的IgG分子在凝胶阻滞实验中显示出阻滞带。结论:初步建立了利用SELEX技术筛选人类Rh(D)血型IgG抗体适体的方法。     

谷氨酸依赖型氨基转移酶的高通量筛选方法及其应用

目的:建立谷氨酸依赖型氨基转移酶-谷氨酸脱氢酶偶联反应的96孔板高通量筛选方法,并用于大肠杆菌氨基转移酶Wec E突变库的筛选。方法:通过优化偶联指示酶-谷氨酸脱氢酶、信号分子NADH浓度及双酶偶联反应时间,建立了光学法测定氨基转移酶活性的氨基转移酶-谷氨酸脱氢酶偶联反应方法;通过定点饱和突变技术构建了大肠杆菌氨基转移酶WecE的突变库;采用96孔板高通量初筛、摇瓶复筛获得了高活性的转氨酶突变体,并对纯化的突变体进行催化活力分析。结果:建立了谷氨酸依赖型氨基转移酶目标反应与0.5 U/ml L-谷氨酸脱氢酶和0.4 mmol/L NADH信号指示反应相偶联的筛选方法;构建了氨基转移酶WecE Tyr 321饱和突变库,通过96孔板高通量筛选,获得了催化活性比野生型提高3.4倍的突变体Y321F。结论:所建立高通量筛选方法背景干扰小,准确性高,为谷氨酸依赖型氨基转移酶分子进化提供了可行性方案。     

人噬菌体抗体库技术的发展

抗体库技术的出现得益于用PCR的方法人为地设计一组引物克隆出全套免疫球蛋白可变区基因,以及从大肠杆菌分泌有结合功能的免疫球蛋白分子的成功。1989年,Huse等［‘］将扩增的轻链和重链片段分别克隆到以入Z地改造的表达载体中,构建成轻链和重链库,然后将两个库随机重组形成了组合抗体库。由于在V基因的5’末端有分泌信号序列,所表达的Fab可分泌到细菌体外。由于对特异性抗体的筛选仍采用传统的“膜的原位杂交法”,所以在对库容量为10‘～10’的筛选时其工作量之大是可想而知的。为了克服随机组合文库的随机性强、库容量大、筛选系…     

蛋白骨架在随机肽库构建及靶分子筛选中的应用*

自然界有着丰富的蛋白骨架来源。选择适宜的蛋白骨架和展示、筛选方法,可构建基于合理蛋白骨架结构的优化限制性随机肽库。与非限制性随机肽库相比,可望获得针对靶分子具有新功能的蛋白结构或更高亲和力的配体分子。目前,骨架蛋白限制的随机肽库已在高效靶分子筛选、基础研究、临床诊断和医学治疗等方面显示出巨大的潜在应用价值。以S-S限制性骨架、抗体分子、锌指蛋白、Z结构域、FN3结构域等为主要代表,综合介绍了蛋白骨架的结构基础、分类、基于蛋白骨架的限制性随机肽库构建及近年来在靶分子筛选等方面的应用最新进展。     

SELEX技术与适体

SELEX技术是从随机寡核苷酸评议库中筛选与靶分子特异结合序列的组合化学技术。随机寡核苷酸的多种空间结构是筛选基础。该技术对靶分子无特殊要求,筛选出的寡核苷酸被称为适体,适体最突出的特征是与靶分子的特异性高亲和力。     

人IgG四亚类对噬菌体展示Ig结合蛋白单结构域随机组合文库的体外进化筛选

金黄色葡萄球菌蛋白A(Staphylococcal protein A,SpA)和链球菌蛋白G(Streptococcal protein G,SpG)是细菌产生的特异结合宿主抗体的细菌免疫球蛋白结合蛋白(Immunoglobulin(Ig)-binding proteins,IBPs)的代表分子。SpA和SpG均包含由多个序列高度同源的结合结构域重复组成的抗体结合区,各单结构域都具有完全的结合IgG的功能。为研究这些单结构域随机组合能否产生具有新结合特性的组合分子,将SpA的A、B、C、D、E以及SpG的B2、B3共7个单结合结构域随机组合构建成噬菌体展示文库后,应用人IgG1、2、3、4为诱饵分子对该文库进行4轮筛选,获得了SpA天然分子中不存在的单结构域排列组合分子D-C。在筛选过程中,阴性对照噬菌体的逐渐减少、展示两个结构域以上的噬菌体比例不断增多,尤其是D-C组合的选择性富集和其随机连接肽的严格筛选都显示了筛选的有效性和D-C组合的重要性。噬菌体ELISA进一步证实D-C与人IgG四亚类的结合能力远强于天然SpA分子。该研究应用分子进化技术首次获得了一种与人IgG四亚类具有结合优势的新型组合分子D-C,不仅可为IgG纯化、制备、检测等方面的应用提供新的候选分子,还为细菌IBP结构功能的进一步研究提供新的手段。     

抗脐带间充质干细胞表面分子噬菌体ScFv抗体库的构建及初步鉴定

目的：利用噬菌体展示技术构建抗脐带间充质干细胞表面分子噬菌体ScFv抗体库。方法：收集P3代培养的UC-MSCs免疫BALB/c小鼠,提取其脾细胞总RNA,RT-PCR扩增全套VH和VL基因片段,将其先后克隆入噬菌粒pSEX81中,构建成完整的噬菌体ScFv抗体库。结果:构建的噬菌体ScFv抗体库的库容为2×107cfu,ScFv插入重组率为93％,BstN1酶切图谱呈不同多样性。ScFv抗体库经3轮初步筛选后插入重组率达100％,3个克隆出现了相同的酶切图谱,并且随着筛选次数的增加,输出/输入比明显提高,这说明抗体库得到了特异性富集。结论：成功地构建了抗脐带间充质干细胞表面分子噬菌体ScFv抗体库,这为将来筛选特异性抗体和进一步用于间充质干细胞表面特异性分子研究奠定了坚实的基础。     

脱氧核酶研究进展

运用体外分子进化技术,从人工合成的随机序列DNA库中筛选出多种不同结构的脱氧核酶,其催化活性已扩展到RNA切割、DNA激酶、DNA连接、DNA切割、DNA过氧化、金属螯合等多种酶活性。主要论述脱氧核酶的体外筛选,催化特性和影响因素,以及应用研究等 。     

基因人工进化的分子育种技术

分子育种技术(molecular breeding technology)利用人工手段模拟生物杂交优势的分子进化模式,在体外构建含有感兴趣基因的大量突变文库,并根据基因表达产物的特性,以合适的筛选方法选择具有最佳功能的改良基因。经过近几年的快速发展,分子育种技术在创造高效随机基因突变库的方法上日臻完善,已在医学、工业和环境保护酶类研究等方面收到了很好的成效。预计未来该技术将广泛地应用于重要传染性疾病(如疟疾、艾滋病病毒等)的预防和治疗,尤其可通过DNA疫苗手段的应用而获得强大的生命力。作者全面地综述了分子育种技术的产生、发展和应用现状。     

酿酒酵母细胞表面工程应用研究新进展

酿酒酵母表面展示工程是一个新兴的蛋白表达系统,由于它能进行蛋白翻译后修饰,能方便地对表达的蛋白产物进行检测和筛选,近年来应用研究发展迅猛。它在构建全细胞催化剂、抗原/抗体库、生物吸附剂、生物传感器、组合蛋白文库、免疫检测及亲和纯化中取得了很多新的应用,在蛋白质分子的功能研究与应用中发挥了更加重要的作用。     

DNA分子进化的研究基础和策略

从研究方法和技术手段等方面讨论了分子进化研究上的一些重大问题．阐述了基因的基本结构及DNA分子的进化方式：净化选择、中性进化和分化选择。探讨了利用DNA分子进化数据构建系统树的原理,评价了NJ、UPGMAM、MP和ML4种算法在构建进化树时的合理性与不足,以及进化树可靠性检验的方法,并对未来分子进化生物学的发展加以展望。     

核糖体展示技术

组合化学在分子生物学中的应用,大大提高了所构建分子文库的容量,而高通量筛选技术对于大容量文库的筛选是至关重要的。核糖体展示技术克服了传统筛选技术库容量小和筛选效率低等缺陷。该技术完全在体外进行,其文库容量不受细胞转染效率的影响,库容量和筛选效率得到很大提高,可与其他技术相组合,在体外分子高效表达和定向进化方面具有广泛的应用前景。该文介绍核糖体展示技术的基本原理、技术特点以及最新研究进展。     

SELEX技术的应用及前景

SELEX技术是利用随机寡核苷酸尤其是RNA易形成多种空间结构的特性来进行筛选和组合化学技术,具有靶分子范围广,筛选出的配体亲和力和特异性高等特点,在药物的快速开发,临床诊疗及生命进化等基础研究中均有广阔的应用前景。     

脱氧核酶研究进展

使用体外分子进化技术,从一个人工合成的随机多核苷酸单链DNA库中筛选出具有酶活性的DNA分子,称为脱氧核酶. 目前已经筛选出具有RNA切割作用、DNA切割作用、金属螯合作用和过氧化物酶活性、DNA激酶活性以及DNA连接酶活性等多种催化功能的脱氧核酶. 特别是脱氧核酶10～23,无论在体外应用于RNA限制性内切酶,还是在生物系统内作为RNA水平上的基因失活剂,都具有很好的应用前景.     

随机单链DNA文库SELEX筛选寡核苷酸适配子方法的建立

指数富集配基的系统进化(SELEX)技术是一种新的组合化学技术.体外构建了一个长度为81 nt、含有35个随机序列的单链DNA(ssDNA)文库,优化了ssDNA文库扩增为双链DNA (dsDNA)文库的PCR反应条件.通过对比不对称PCR和生物素-链亲和素磁珠分离方法制备ssDNA文库的效果,确定了以生物素-链亲和素磁珠分离方法制备ssDNA.由于脱氧核糖核酸的疏水性导致ssDNA文库与硝酸纤维素滤膜的结合背景过高,因此选择以微孔板为介质,分离与靶蛋白结合的适配子.经过9轮循环筛选,随机ssDNA文库与丙型肝炎病毒(HCV)核心蛋白(C蛋白)的结合率从0.5%上升到32.5%.     

用于蛋白质体外分子进化研究的DNA随机突变技术

蛋白质体外分子进化是模拟自然的进化过程,利用基因随机突变和定向筛选（选择）技术,以获得具有预期新功能的突变体分子。虽然体外进化近几年才产生,但已成为医药和工业领域中筛选具有特殊催化性质的酶的最重要的方法之一。ＤＮＡ随机突变技术是蛋白质体外分子进化研究的基础,本文将对几种最重要的突变方法：倾向错误的ＰＣＲ、ＤＮＡ重排、模板交错延伸反应和随机延伸突变的原理和应用等加以介绍。