差显技术分析结核杆菌H37Rv与H37Ra差异表达的基因*

采用差异显示技术比较了结核分支杆菌强毒株H37Rv和弱毒株H37Ra在体外培养条件下的基因表达差异。通过20种引物组合进行mRNA差异显示,克隆到了两菌株间的20余个差异表达基因,经序列分析及杂交鉴定发现其中2个基因仅在H37Rv中表达。其中Rv1894 c基因编码的可能是H37Rv中的一个新蛋白。而在H37Ra的基因组中含有这2个基因的编码序列,但均未检测到基因的表达。     

结核分枝杆菌H37Rv新基因Rv2742克隆表达及纯化

Rv2742是本课题组前期基于蛋白质基因组学策略从结核分枝杆菌Mycobacteriumtuberculosis H37Rv中发现、鉴定的遗漏注释基因。文中旨在建立结核分枝杆菌H37Rv漏注释蛋白Rv2742的可溶性诱导表达、纯化体系,为进一步探索Rv2742基因参与的生物学功能奠定基础。前期实验发现构建的pGEX-4T-2-Rv2742、pET-28a-Rv2742、pET-32a-Rv2742及pMAL-c2X-Rv2742原核表达载体均无法实现目的蛋白的诱导表达。但经密码子优化后,仅有pMAL-c2X-Rv2742载体能够实现目的蛋白的可溶性诱导表达。此外,通过比较不同宿主菌、温度及IPTG浓度对目的蛋白表达量的影响,发现目的蛋白在Rosetta (DE3)中,16℃及0.5mmol/LIPTG诱导条件下表达量最高。直链淀粉树脂(Amyloseresin)亲和层析柱纯化获得较纯的产物,经LC-MS/MS验证确认是Rv2742融合蛋白肽段序列。成功获得结核分枝杆菌H37Rv新基因Rv2742的重组蛋白,可进一步开展其潜在相互作用及免疫原性研究工作。     

利用表型芯片系统高通量分析H37Ra与H37Rv差异表型

H37Rv是结核分枝杆菌标准有毒株,H37Ra是从H37Rv获得的稳定减毒株,但目前H37Ra毒力减弱原因尚不完全清楚。本研究利用表型芯片系统,高通量分析H37Ra生长表型,并与H37Rv表型比较,筛选两菌株表型差异,分析与H37Ra毒力减弱可能的相关表型及分子机制。结果发现,与H37Rv相比,H37Ra耐酸及耐渗透压能力显著下降,且不能利用丁二酸单甲酯和吐温40作为碳源。结核分枝杆菌耐酸能力直接影响其在吞噬体中的生存和代谢,耐高渗能力影响其必需营养物质的跨膜运输,代谢途径的改变影响其在宿主内的能量摄取,三者改变均可能与H37Ra毒力减弱相关。     

结核杆菌抗原HSP65基因在大肠杆菌中的表达及纯化

目的 :为研制预防结核病疫苗 ,选取结核杆菌HSP65蛋白为免疫抗原 ,将结核分枝杆菌HSP65抗原基因在大肠杆菌中表达、纯化。方法 :将HSP65的全长cDNA插入到原核表达载体pGEX5T中 ,构建成pGEX5T HSP65重组质粒。将质粒转化到E .coli.K80 2细菌 ,用IPTG诱导HSP65表达 ,然后用亲和层析的方法进行纯化 ,最后用Western blot方法确认表达蛋白的特异性。结果 :获得了pGEX5T HSP65重组子 ,HSP65蛋白在k80 2菌中获得了表达 ,表达的蛋白条带大小约 86kDa ,与预期的结果相符。表达产物经亲和层析后获得了较单一的蛋白条带 ;表达及纯化的蛋白在纯化前后均可被结核病患者血清特异地识别。为进一步研究其在结核病诊断和防治中的应用打下了基础。     

差异表达基因分析

细胞在增殖,分化及对外界刺激反应过程中,可伴随某些特殊基因的表达,利用这一特性,通过比较细胞在不同状态及不同分化阶段基因表达的差异,可以发现与细胞分化／生长相关的基因,近年来国外学者发展了几种能有效进行差异表达基因分析的技术和方法,包括差异显示PCR,代表性差异分析,抑制性消减杂交及DNA微阵列等。本文主要对目前主要技术方法作一综述。     

家蝇幼虫差异表达基因的克隆筛选与分析

目的是利用mRNA差异显示(DDRT-PCR)技术对诱导后家蝇幼虫差异表达基因进行克隆分析。取诱导和未诱导家蝇(Musca domestica vicina)三龄幼虫总RNA进行mRNA差异显示反应,产物经6％非变性聚丙烯酰胺凝胶电泳展开,银染分析后,回收差异显示条带。随机选取4条诱导家蝇三龄幼虫中上调表达的基因条带,进行Northern杂交验证,有2条被验证为真实带,命名为YD1和YD2。对这2条基因片段进行T-A克隆和测序,长度分别为495bp和265bp,登录NCBI运用Blastn程序进行同源性比较,发现两者与任何已知基因同源性都低于70％,提示为两个未报道的新基因,在家蝇免疫反应中可能起着一定的作用。     

利用mRNA荧光差异显示技术规模化筛选棉纤维特异表达基因

以陆地棉（Gossypium hirsutum L.）品种TM-1开花后9d、21d、27d三个不同发育时期的棉花纤维为材料,利用mRNA荧光差异显示 (FDD) 技术,筛选到109个差异显示的cDNA片段。在此基础上,结合两轮反Northern杂交筛选和Northern杂交分析,获得了多个仅在棉花纤维细胞中特异表达或在纤维中优先表达基因的cDNA片段,序列测定和数据库搜索分析表明,这些cDNA片段中的多数还未有报道。本工作为克隆上述基因的全长cDNA,并进一步研究它们在棉纤维发育中的功能奠定了基础。     

用表达性差异显示分析技术分离人胎肝组织选择性表达基因

目的：建立4月龄人胎肝组织选择性表达基因EST库,为研究胚胎肝组织特异表达基因提供有力的工具。方法：采用表达性差异显示分析（representational difference analysis,RDA) 技术建立4月龄人胎肝组织选择性表达基因EST库,并测定部分克隆核苷酸序列,以竞争PCR检测代表性基因的差异表达。结果与结论：以珠蛋白家族基因为标志,所建差减cDNA文库中α－珠蛋白家族基因的表达频率较未差减cDNA文库增高7倍,同时该文库也含有多种与肝生长密切相关的基因,表明RDA技术确是研究差异表达基因的有效手段,所建EST库富集胎肝特异表达基因。部分克隆序列分析获得2种未报道序列,其中一株含有丝／苏氨酸激酶结构域,表明可望从此库中分离具有重要未知功能的新基因。     

结核分枝杆菌Rv1884基因真核表达质粒的构建及表达

目的:构建结核分枝杆菌Rv1884基因真核表达载体。方法:PCR扩增Rv1884基因,测序正确后克隆入真核表达载体pcDNA3.1(-);经酶切鉴定正确的重组质粒酶以阳离子聚合物转染P815细胞后,以RT-PCR方法检测mRNA的表达,以间接免疫荧光技术检测目的蛋白的表达。结果:构建了重组质粒pcDNA-Rv1884;RT-PCR结果证明Rv1884可在P815细胞中转录;用间接免疫荧光检测,表达有Rv1884蛋白的细胞着染。结论:构建了结核分枝杆菌Rv1884基因的真核表达载体pcDNA-Rv1884,Rv1884基因可以在P815细胞中表达。     

筛选差异表达基因和蛋白质的方法进展

分离和鉴定差异表达基因和蛋白质不仅有助于发现基因和蛋白质的功能,更有助于揭示某些疾病的发生机理.目前筛选差异表达基因的方法主要有差异显示PCR方法(differential display RT-PCR,DDRT-PCR)、消减杂交法(subtractive hybridization,SH)、基因芯片技术(DNA chip technique)和基因表达的系统分析(serial analysis of gene expression,SAGE)等,其中消减杂交法中又先后建立了代表性差异分析技术(representational difference analysis,RDA)、抑制消减杂交法(suppression subtractive hybridization,SSH)和获得全长基因的消减杂交法(full-length-gene-obtainable subtractive hybridization).筛选差异表达蛋白质的方法主要有双向电泳技术(two-dimentional gel electrophoresis)和噬菌体全套抗体库技术(phage display antibody repertoire library technique).这些方法各有特点,各有利弊,研究者可根据自己的需要选择适合于自己的方法.     

利用抑制消减杂交技术研究结核分支杆菌强毒株H37Rv和弱毒株H37Ra的基因差异

为了解结核病的致病分子机理和筛选结核病致病菌的毒力基因,利用抑制消减杂交（SSH）技术分析了结核分支杆菌强毒株H37Rv和弱毒株H37Ra间的基因组DNA间差异。通过Southern杂交验证及序列分析得到仅在强毒株H37Rv基因组中有的DNA片段8个,其中一个编码已知的毒力因子mce蛋白,1个编码PE家族蛋白,1个编码purC合成酶,和4个潜在蛋白,另一个为非编码区片段。其中有2个基因经PCR方法已证实在强毒株H37Rv和临床分离的强毒株中存在,而在H37Ra和临床弱毒株中无;仅在弱毒株H37Ra基因组中的DNA片段3个,其中2个为新基因片段,已被GenBank收录。     

Mining Genomic Patterns in Mycobacterium tuberculosis H37Rv Using a Web Server Tuber-Gene

Mycobacterium tuberculosis (MTB), causative agent of tuberculosis, is one of the most dreaded diseases of the century. It has long been studied by researchers throughout the world using various wet-lab and dry-lab techniques. In this study, we focus on mining useful patterns at genomic level that can be applied for in silico functional characterization of genes from the MTB complex. The model developed on the basis of the patterns found in this study can correctly identify 99.77% of the input genes from the genome of MTB strain H37Rv. The model was tested against four other MTB strains and the homologue M. bovis to further evaluate its generalization capability. The mean prediction accuracy was 85.76%. It was also observed that the GC content remained fairly constant throughout the genome, implicating the absence of any pathogenicity island transferred from other organisms. This study reveals that dinucleotide composition is an efficient functional class discriminator for MTB complex. To facilitate the application of this model, a web server Tuber-Gene has been developed, which can be freely ac- cessed at http://www.bifmanit.org/tb2/.     

结核分枝杆菌H37有毒株与无毒株的代谢相关基因pabB和lpdA启动子活性分析

【目的】通过分析结核分枝杆菌无毒株H37Ra的全基因组序列,并与H37Rv基因组序列比较,发现pabB和lpdA预测的启动子区发生了突变。我们利用报告基因,确认启动子突变与其基因转录水平的关系,探索结核分枝杆菌H37Ra毒力丧失的内在原因。【方法】利用生物信息学方法预测这两对基因的启动子区,采用PCR技术克隆这两对基因的启动子,与分枝杆菌启动子探针载体pMC210相连,DNA测序证实连接片段正确后,用电穿孔法将重组质粒转化至耻垢分枝杆菌mc2155。利用Quantitative Real-Time RT-PCR检测报告基因lacZ转录水平的差异,进一步验证这两对基因启动子的突变对相应基因转录水平的影响。【结果】Quantitative Real Time PCR检测结果显示H37RapabB启动子活性是H37Rv pabB启动子活性的6倍(p0.05),而H37Rv lpdA启动子的活性是H37RalpdA启动子的2倍(p0.05)。【结论】pabB,lpdA的启动子在H37Ra中的突变对其启动子的活性产生了影响,其中lpdA启动子的突变可能与结核分枝杆菌H37Ra的毒力丧失有关。     

Cloning and characterization of aspartate-beta-semialdehyde dehydrogenase from Mycobacterium tuberculosis H37 Rv

AIMS: To clone and characterize the aspartate-beta-semialdehyde dehydrogenase of Mycobacterium tuberculosis H37Rv. METHODS AND RESULTS: The asd gene of M. tuberculosis H37Rv was cloned in pGEM-T Easy vector, subcloned in expression vector pQE30 having a T5 promoter, and overexpressed in Escherichia coli. The ASD enzyme was expressed to levels of 40% but was found to be inactive. Functional ASD was obtained by altering induction and growth conditions and the enzyme was purified to near homogeneity using nickel-nitrilotriacetic acid (Ni-NTA) affinity chromatography. The K(m) and V(max) values for the three substrates L-ASA, NADP and Pi, the turnover number and specific activity of the enzyme were determined. CONCLUSIONS: Functional ASD enzyme of M. tuberculosis was obtained by gene cloning and protein purification using affinity chromatography. The K(cat) and specific activity of the enzyme were 8.49 s(-1) and 13.4 micromol min(-1) microg(-1) respectively. Significance and Impact of the Study: The ASD enzyme is a validated drug target. We characterized this enzyme from M. tuberculosis and future work would focus on deducing the three-dimensional structure of the enzyme and design of inhibitors, which could be used as drugs against TB.     

基于约束建模法的结核菌H37Rv代谢网络分析

基于结核分枝杆菌国际标准强毒株H37Rv菌株的基因组尺度代谢网络模型iNJ661进行分析,以寻找代谢网络中培养基的关键成分和必要基因.该研究在Matlab平台上利用COBRA工具箱,采用基于约束的建模方法进行动态生长模拟、解空间抽样在酶活性水平上的具体化和基因删除模拟实验.结果发现培养基成分中铵盐、三价铁盐、磷酸盐、硫酸盐、甘油等可影响H37Rv的生长;培养基中去除磷酸盐后十种酶均在不同程度上受到抑制,其中丙糖磷酸异构酶、3-磷酸甘油醛脱氢酶、磷酸甘油酸变位酶、烯醇酶受限明显.通过基因删除得出188个必要基因以及非必要基因中的16个致死基因对.基于约束建模分析可初步了解结核杆菌H37Rv菌株代谢网络的性质,可为后续相关研究提供参考和借鉴.     

Biochemical interaction of human neutrophil peptide-1 with Mycobacterium tuberculosis H37Ra

The biochemical mechanism of action of human neutrophil peptide-1 (HNP-1) against Mycobacterium tuberculosis H₃₇Ra was studied. Mycobacteria grown in the presence of a subinhibitory concentration (IC₅₀) of HNP-1 showed a significant decrease in the biosynthesis of vital macromolecules, as shown by the incorporation of various radiolabeled precursors. Mycobacterial cells grown in the presence of HNP-1 exhibited surface changes, as was evident from the increased number of binding sites for l-anilinonaphthalene 8-sulfonate. Permeability studies carried out with spheroplasts showed a significantly high permeability to a fluorescent probe, N-phenyl naphthylamine, in the presence of HNP-1. Significant changes in the cell wall and cell membrane were observed when HNP-1-grown cells were analysed by transmission electron microscopy. Our results suggest the mycobacterial cell wall/membrane to be the major target(s) of HNP-1. Received: 7 January 1999 / Accepted: 15 February 1999