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。     

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。     

K88抗原基因的克隆与表达I．K88抗原工程菌的研制

由产肠毒素大肠杆菌引起的仔猪黄痢病是在世界各地广泛流行的一种仔猪急性腹泻病。已经表明K88伞毛抗原在这类致病菌定居在仔猪小肠上起着重要的作用。质粒Ptk82是从国内流行的仔猪黄痢病致病菌——肠杆菌青3菌株中分离出来的。它是一个分子量约为50×10‘道尔顿的非接台型质粒,并含有K88ac抗原基因的决定子。在电子显微镜下可以观察到带有Ptk82的大肠杆菌C₆₀₀的细胞表面存在有K88伞毛。此质粒DNA经限制性内切酶HindI酶解后,使DNA片段连接到同样经内切酶酶解过的的Pbr322 DNA上,得到了一株能产生K88抗原的转化子,经鉴定后,此重组质粒定名为Ptk63。Ptk63dna经Ec0R I都分酶解,然后重新连接起来,得到分子量较小但仍台K88基因的重组质粒Ptk90。免疫学分析的结果表明,带有重组质粒Ptk90的大肠杆菌C₆₀₀所产生的伞毛抗原的性质,与带有Ptk82质粒的大肠杆菌C₆₀₀菌株或大肠杆菌青3菌株所产生的伞毛是相同的,大肠杆菌C₆₀₀／pTK82和大肠杆菌C600／pTK90菌株都是不带肠毒素基因的菌株,初步试验表明用它们制成的菌苗可以有效地预防仔猪黄痢病的发生。     

利用λ-Red重组系统和平衡致死系统改造抗药性致腹泻工程疫苗

质粒pMM085是含有猪毒素源性大肠杆菌(ETEC)的黏附素K88与无毒肠毒素LTA-B 基因的重组质粒,含氯霉素抗性基因,由此构建的菌苗株带有抗药性。利用平衡致死系统改建此疫苗株,即将质粒上的氯霉素抗性基因cat替换成asd基因,并把新构建的质粒转移到缺失asd基因的大肠杆菌X6097中。但由于质粒pMM085是一个23kD的大质粒,传统的基因工程操作不易进行,利用λ-Red重组系统,将表达Red重组蛋白的质粒pKD46转化含pMM085的大肠杆菌X6097,并用两端各带有39ntcat基因同源区、含全长asd基因的PCR产物电击转化此感受态细胞,在λ-Red重组系统的帮助下,成功实现了asd基因对cat基因的置换。     

表达大肠杆菌K88ac-ST1-LTB融合蛋白基因工程菌株的构建

利用PCR技术,从大肠杆菌C83902质粒中扩增出K88ac基因、ST₁突变基因和LT_B基因,通过分离、纯化、内切酶酶切、连接和转化,构建了含K88ac-ST₁-LT_B融合基因表达载体的重组菌株BL21（DE3）（pXKST3LT5）。经酶切鉴定和DNA序列分析证实,构建的重组质粒pXKST3LT5中含有K88ac-ST₁-LT_B融合基因,且基因序列和阅读框架均正确。经ELISA检测,重组菌株表达的K88ac-ST₁-LT_B融合蛋白能够被ST₁单抗、LTB和K88ac抗体识别。经乳鼠灌胃试验证实,表达的融合蛋白已丧失天然ST₁肠毒素的活性。免疫实验结果表明,K88ac-ST₁-LT_B融合蛋白能够诱发小白鼠产生抗体,该抗体具有中和天然ST₁肠毒素的毒性作用,表明构建的重组菌株可以作为预防仔猪黄、白痢基因工程菌苗的候选菌株。     

表达大肠杆菌K88ac-ST1-LTB融合蛋白基因工程菌株的构建

利用PCR技术,从大肠杆菌C83902质粒中扩增出K88ac基因、ST1突变基因和LTB基因,通过分离、纯化、内切酶酶切、连接和转化,构建了含K88ac-ST1-LTB融合基因表达载体的重组菌株BL21（DE3）（pXKST3LT5)。经酶切鉴定和DNA序列分析证实,构建的重组质粒pXKST3LT5中含有K88ac-ST1-LTB融合基因,且基因序列和阅读框架均正确。经ELISA检测,重组菌株表达的K88ac-ST1-LTB融合蛋白能够被ST1单抗、LTB和K88ac抗体识别。经乳鼠灌胃试验证实,表达的融合蛋白已丧失天然ST1肠毒素的活性。免疫实验结果表明,K88ac-ST1-LTB融合蛋白能够诱发小白鼠产生抗体,该抗体具有中和天然ST1肠毒素的毒性作用,表明构建的重组菌株可以作为预防仔猪黄、白痢基因工程菌苗的候选菌株。     

用原生质体转化技术构建含有大肠杆菌K88acLT-B和0149抗原基因的菌株

毒素源性大肠杆菌(ETEC）是可以引起幼畜腹泻 的致病菌,此类菌具有对宿主特异的起粘附定居作用 的菌毛,还有直接引起腹泻的肠毒素,目前已发现对热 敏感的肠毒素LT和对热稳定的肠毒素ST。在临床 中经常分离到的带有K88菌毛抗原的致病菌主要是 引起新生仔猪的急性腹泻,其发病、流行都比较快,是 新生仔猪死亡的一个重要原因,给畜牧业造成极大的 危害〔‘’。本实验室经过几年的研究,已经构建了具有 K88ac菌毛抗原和LT肠毒素B亚单位抗原的无毒菌 株,并已作为疫苗菌株应用于畜牧业中。但是考虑到 自然界野生型菌株生命力强,还具有多种不同的。抗 原,所以发展口服免疫的活菌苗有必要考虑上述因素。 这样当孕猪口服免疫活菌苗后,即可以产生更好的免 疫应答,刺激细胞和体液免疫系统,产生保护性伉体, 通过初乳给新生仔猪提供保护。本实验利用我们构建 的带有K88ac抗原和LT=B抗原基因的PMM085质 粒（待发表于生物工程学报,1987,和一株带有0149 抗原和K88ac抗原的野生型菌株,在用常规的Ca'十 处理受体菌转化未获成功后,又利用PEG诱导的原 生质体转化方法,把质粒PMM085转化到上述带有 014,抗原基因的野生型菌中,得到了带有K88ac,LT-B 和014,抗原基因的无毒菌株。可望此菌株能更好地 模仿自然感染致病菌株,在免疫中产生更好的预Vi作 用。     

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。     

酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)半乳糖可诱导表达系统特性的研究

把大肠杆菌β一半乳糖苷酶基因克隆到带有酵母半乳糖可诱导启动子GALl的穿梭表达质粒pYES2中,并把得到的重组质粒分别转化到两种不同遗传性状的宿主菌中,其中一株菌为蛋白酶活性缺失90％以上的pep4-3突变菌株。通过比较两株重组菌产生的β一半乳糖苷酶活性水平发现在所述实验条件下,蛋白酶缺失突变菌株中产生的β一半乳糖苷酶活水平不仅均要高于另一对照菌株,并且pep4-3突变菌株表现出受葡萄糖阻遏的严紧程度高及对诱导反应迅速等特点。此外,带有重组质粒的pep4-3突变菌株在葡萄糖阻遏培养基中最大生长量和重组对照菌株基本相同,但β一半乳糖苷酶在pep4-3突变菌株中的表达对细胞生长的影响明显小于对照菌株。     

宋内I相抗原和霍乱CT—B共表达的免疫保护效果观察

将编码宋内氏痢疾菌(Shigella sonnei)l相O抗原的基因和霍乱弧菌(Vibrio cholerae)的CT—B基因克隆至带asd基因的质粒PYA248．得重组质粒PMGLl05。将该重组质粒转入asd基因缺失的减毒伤寒沙门氏茵X4072．构成了一个不带抗药性基因的载体-宿主平衡致死景统。一系列实验表明．该重组苗X4072(PMGLl05)能稳定地表达宋内I相O抗原和霍乱弧菌的CT-B抗原．小鼠免疫保护实验表明,该重组菌对有毒的宋内氏I相痢疾杆菌及霍乱弧菌的攻击均具有良好保护作用。     

预防仔猪腹泻无抗性基因工程菌株的构建

以原来含热不稳定肠毒素B亚单位基因质粒DNA为载体,插入lacZ基因,构建了一个既能表达LT-B亚单位又能表达B-半乳糖苷酶的含四环索抗性基因的重组体。在该重组DNA的四环素抗性基因内再插入K 88粘附因子抗原基因,从而灭活了四环素抗性基因。经测定该重组体能表达LT－B和K88两种抗原,lacZ基因取代四环素抗性基因,成为良好筛选标记。所构建的重组质粒能稳定存在。     

扣囊复膜孢酵母β-葡萄糖苷酶基因在毕赤酵母中的克隆与表达

利用PCR技术,从扣囊复膜孢酵母的总DNA中扩增得到β-葡萄糖苷酶（β-Glucosidase）基因 (BGL1),长度为2596 bp,连接到pGEMT载体上,用限制性内切酶切下目的基因,插入到巴斯德毕赤酵母表达载体pPIC9K中,使之位于α-因子信号肽下游,且与之同框, 构建成重组质粒pSHL9K。 通过电转化将重组质粒pSHL9K插入到Pichia pastoris GS115菌株染色体中,获得高效表达BGL1基因的毕赤酵母重组工程菌株。重组酶的最适温度为50℃,最适pH为5.4。培养基中β-葡萄糖苷酶活性最高可达47U/mL。     

猪传染性胸膜肺炎放线杆菌毒素apxII基因无药物抗性标记突变株HBC-/GFP+的构建及其生物学特性研究

通过使用枯草芽胞杆菌一个蔗糖敏感sacB基因发展了一种依靠蔗糖的负向筛选系统 ,这种方法允许没有标记突变的基因进入胸膜肺炎放线杆菌染色体。首先 ,构建了猪传染性胸膜肺炎放线杆菌毒素apxII基因GFP插入失活型的重组质粒pOSAKCG ,其中一个表达盒含有氨苄青霉素基因和以外膜蛋白omlA作为启动子表达sacB基因。重组质粒pOSAKCG通过电穿孔转化 ,它的突变apxIICA基因与野生型亲本菌株胸膜肺炎放线杆菌HB03染色体上野生型apxIICA基因发生同源交换 ,两步法筛选获得了apxII基因突变株HBC^-GFP⁺,PCR和Southernblot对突变株进行初步鉴定 ,进一步对突变株的一些生物学特性 ,包括它的溶血活性、免疫原性、生长特性及其对小鼠的安全性进行了研究。结果表明 ,无药物抗性标记突变株的构建是成功的。该突变株的构建为进一步研究突变株作为载体和疫苗奠定了坚实的基础。     

植酸酶phyAm基因结构延伸突变改善酶的热稳定性

将来源于黑曲霉N25的植酸酶基因phyA^m重组于大肠杆菌表达载体pET30b(+),以重组表达载体pET30b-F-phyA^m为模板经PCR扩增获得结构延伸突变植酸酶基因phyA^e（在植酸酶基因C端增加了来源于pET-30b-F-phyA^m载体上13氨基酸残基）。含突变基因的重组表达载体pPIC9k-phyA^e在GS115酵母中表达。纯化的突变酶PP-NP-e与野生型酶PP-NP-m8相比：PP-NPAe的最适反应温度上升了3℃,75℃处理10min,热稳定性提高21%,比活力略有提高。最适反应pH为5.6,有效pH范围pH4.6到pH6.6。比未突变酶扩大了0.4单位。     

酿酒酵母gpd1和hor2基因在大肠杆菌中的共表达

利用途径工程的方法,在大肠杆菌中构建一条新的产甘油的代谢途径。从酿酒酵母(Saccharomycescerevisiae)克隆3_磷酸甘油脱氢酶基因(gpd1)和3_磷酸甘油酯酶基因(hor2 ) ,并将两个基因串连到启动子trc的下游,构建由trc启动子控制的能高效表达的多顺反子重组质粒pSE_gpd1_hor2 ,将重组质粒导入大肠杆菌BL2 1菌株中,构建得到的重组菌株GxB_gh能将葡萄糖转化为甘油。结果表明重组菌株GxB_gh以葡萄糖为底物进行发酵,甘油产量为4 6 6 7g L ,葡萄糖的转化率为4 2 87%。这为利用工程菌绿色生产甘油进行了前期的探索,也为进一步构建能生产1,3_丙二醇的工程菌打下了良好的基础。     

利用强启动功能片段提高麦迪霉素4”，-羟基丙酰化酶基因的表达

用PCR技术将本室克隆到的强启动功能片段取代麦迪霉素丙酰化酶基因(mpt)的启动子或与mpt基因自身启动子串连,获得含mpt重组质粒pCHFPE3和pCHFPE2。用含有这两个质粒的Streptomyces lividans TK24对螺旋霉素进行微生物转化,结果表明,与含有原启动子的mpt．S．Lividans TK24(p．WFPE)相比,丙酰螺旋霉素的组分比例分别提高了89．02％和58．53％。含重组质粒pCHFPE2的螺旋霉素产生菌S．Spiramyceticus发酵产物中丙酰螺旋霉素的组分也有较大辐度的提高。说明利用该强启动功能片段可以提高麦迪霉素丙酰化酶基因的表达。     

大肠杆菌ptsG基因敲除及其缺陷株生长特性研究

在大肠杆菌磷酸转移酶系统中,葡萄糖主要由ptsG基因编码的酶ⅡCB^Glc转运入细胞。利用代谢工程技术构建ptsG基因缺陷株,有望降低葡萄糖的摄取速率,减少乙酸累积,促进菌体生长。运用PCR技术,扩增出两翼与ptsG基因上下游序列同源,中间为氯霉素抗性基因的DNA片段。经电转化,将外源DNA片段分别转入Escherichia coli DH5α、JM109中。在Red重组酶的作用下,外源DNA片段与染色体上同源区域重组,将基因ptsG敲除,构建ptsG基因缺陷株DH5αP、JM109P。在LB培养基中,ptsG基因缺陷株的生长状况与亲株无明显差异。在含有葡萄糖的LB培养基中,DH5αP、JM109P的最高菌密度分别是对照菌株DH5α、JM109的3.47倍和4.25倍,ptsG基因缺陷株对葡萄糖的摄入量也明显高于对照菌株。重组蛋白肿瘤坏死因子（TNF）在DH5αP、JM109P中的表达量分别占全菌蛋白的24.3%、20.8%,A600分别为8.28、7.62,TNF在缺陷株中单位体积的表达量明显高于对照菌株。以上结果说明,大肠杆菌ptsG基因缺陷株具有良好的生长能力和表达外源蛋白的能力,在大肠杆菌高密度发酵研究方面具有良好的应用前景。     

基于谷氨酸消旋酶基因(murI)构建杀香鱼假单胞菌减毒活疫苗株的染色体-质粒平衡致死表达系统

【目的】构建一种基于谷氨酸消旋酶(MurI)基因的染色体-质粒平衡致死系统,用于杀香鱼假单胞菌减毒活疫苗株(Pseudomonas plecoglossicida ΔtssD-1, Pp ΔtssD-1)中表达外源抗原,为开发多联活疫苗提供新的思路和方法。【方法】利用同源重组技术,将亲本株Pp ΔtssD-1中的murI基因敲除,构建murI基因缺失突变株;将广宿主穿梭质粒pBBR1MCS-2的卡那霉素抗性基因替换为murI基因,构建平衡致死质粒(即无抗性回补质粒);在平衡致死质粒的多克隆位点处插入绿色荧光蛋白以检测外源抗原是否稳定表达,对重组菌株进行生物学特性分析,包括生长曲线、质粒稳定性和外源抗原表达水平。【结果】murI基因缺失株在不含D-谷氨酸的LB培养基上无法生长;无抗性回补株在不含D-谷氨酸的LB培养基上恢复了生长能力,但生长速度低于亲本株;经鉴定外源抗原可在无抗性质粒中稳定表达,并可在荧光显微镜下观察到明显的绿色荧光信号;此外,平衡致死质粒在重组菌株中具有良好的遗传稳定性。【结论】本研究以murI为靶点构建了新型的染色体-质粒平衡致死系统,可在无抗性筛选条件下在Pp ΔtssD-1中表达外源抗原,为开发多联活疫苗提供了新的策略和方法。     

表达幽门螺杆菌黏附素保守区的减毒鼠伤寒沙门氏菌株的构建

为构建表达幽门螺杆菌（Hp）黏附素保守区（AB）的无抗性减毒鼠伤寒沙门氏菌疫苗,采用缺失腺苷酸环化酶基因（Δcya）、环腺苷酸受体蛋白基因（Δcrp）以及天冬氨酸β-半醛脱氢酶基因（Δasd）的鼠伤寒沙门菌（X4072）作为宿主,将编码AB的基因插入Asd⁺的组成型表达载体pYA248,通过两次转化引入宿主菌,构建了表达AB基因平衡致死的减毒鼠伤寒沙门重组菌X4072（pYA248-AB）,采用桥联法ELISA测定X4072（pYA248-AB）培养上清液和裂解上清液中AB的抗原性,参照Meacock叙述的方法及重组菌生长曲线的测定来确定重组菌株的稳定性,通过C57BL/6小鼠口服测定半致死量来确定重组菌的安全性。成功构建了表达AB的减毒鼠伤寒沙门菌重组菌株S.typhimurium X4072(pYA248-AB),桥联法ELISA测定表明重组菌X4072（pYA248-AB）培养上清中AB的含量高于菌体裂解液,重组菌pYA248-AB在没有选择压力的情况下培养100代,随机挑选的重组菌全部都能生长,且在ELISA测定AB抗原时均显阳性。重组菌的生长曲线测定表明,X4072（pYA248）和X4072（pYA248-AB）的生长状态基本一致;口服重组菌株X4072(pYA248-AB)1.0×10¹⁰cfu.30d后,C57BL/6存活率仍为100%。成功构建了表达AB的无抗性的减毒鼠伤寒沙门菌疫苗X4072（pYA248-AB）,体外实验表明重组质粒是稳定的,动物实验证明重组菌株是安全的;为防治幽门螺杆菌感染提供了口服活菌疫苗候选株。     

黑曲霉pepD基因阻断突变菌株的构建及功能分析

运用同源重组技术破坏了黑曲霉基因组中的pepD基因,该基因编码一种类subtilisin的胞外蛋白酶PEPD。实验以黑曲霉GICC2773基因组DNA为模板,PCR扩增pepD基因,并在此基因中间插入潮霉素抗性基因(hph)表达单元,由此产生了3.7kb的pepD阻断基因片段。将此阻断基因片段与载体pBS连接,构建成pepD基因阻断质粒pBSDH。采用原生质体-CaCl₂/PEG法将酶切阻断质粒得到的含pepD基因和hph表达单元的3.7kb线性片段转化AspergillusnigerGICC2773菌株,在含潮霉素的平板上筛选潮霉素抗性转化子,从这些抗性转化子中经PCR检测分离到到1个pepD基因阻断突变菌株?pepD66。外源漆酶分泌活性分析显示,黑曲霉pepD基因的破坏使其外源漆酶的分泌表达有所提高。