噬菌体展示技术在蛋白质研究中的应用
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2010.012010.01的目的基因克隆进表达载体(fuse phage),与噬菌体的外壳蛋白基因融合表达,使得一个噬菌体上含有一种序列的肽。
与有机合成法相比较,该方法有其独特的优越性:它可将特定分子的基因型和其表型统一在同一个病毒颗粒内,并且将选择能力和扩增能力联系在一起,即通过与配体的结合从数量众多的多样性群体中选择出表达有相应配体的噬菌体颗粒,再通过感染大肠杆菌使选择出的噬菌体颗粒得到扩增。
其不足在于肽库的容量及短肽的大小受到了限制,且只能表达L 型天然氨基酸形成的短肽。
3噬菌体肽库的筛选技术如何从噬菌体肽库中筛选到特异的重组噬菌体是肽库技术的关键。
经典的方法有两种:①将纯抗体包被在固相介质上,如酶标板、免疫试管或亲和层析柱,然后加入待筛选的噬菌体,洗去非亲和性的噬菌体,回收高亲和性的噬菌体;②将抗体与生物素基因相连,再将其固定在包被有Streptavidin 的磁珠上对噬菌体进行筛选。
3.1宿主菌直接洗脱经典筛选过程中,一般利用pH 的变化来洗脱与目标分子结合的噬菌体,这可能对噬菌体造成伤害。
利用噬菌体与宿主之间的亲和性可以直接用宿主菌来洗脱,以避免对筛选的影响,并且将洗脱和感染合并到一步[7]。
3.2双层膜筛选系统获得重组噬菌体蛋白的方法是将筛选出的特异噬菌体转入不含校正基因的菌株,将外源蛋白以可溶性蛋白的形式表达出来。
通过细胞膜间隙最终进入培养基质中。
针对这种情况,Skerra 等[8]建立了双层膜筛选系统。
第一层膜为亲水性多孔膜,这种膜对蛋白质的结合能力小,孔径能让蛋白质分子自由通过,但细胞不能通过;第二层膜为疏水膜,膜表面包被目标蛋白(抗原或抗体),两种膜分别覆盖在固体培养基上。
细胞在第一层膜上培养一段时间后,将这层膜转移到第二层膜上培养,分泌的可溶性蛋白透过第一层膜,与第二层膜上的目标蛋白结合,然后再用已知的抗原或抗体筛选。
这种方法避免了蛋白常遇到的细胞碎片的干扰,提高了筛选效率。
噬菌体展示技术王浩11307110047摘要:噬菌体展示技术可以将目标蛋白与噬菌体衣壳蛋白结合在一起形成融合蛋白,进而展示于噬菌体表面。
该技术可以较好地保持被展示蛋白质的活性,因而在蛋白质研究中发挥着重要的作用。
目前用于构建噬菌体展示系统的载体主要有丝状噬菌体、λ噬菌体、T4噬菌体和T7噬菌体。
这些系统不仅对构建cDNA 文库很有帮助,还可在随机短肽文库的协助下研究蛋白质之间的相互作用。
关键词:噬菌体展示技术;蛋白质;文库;类型;原理;应用1985年,美国Missouri大学的Smith G P首次证实丝状噬菌体fd基因组能通过基因工程手段改造,他把EcoRⅠ内切酶的部分基因片段与丝状噬菌体的次要衣壳蛋白p Ⅲ(protein Ⅲ)基因融合,获得的重组噬菌体能被抗EcoRⅠ内切酶的抗体所识别,由此建立了噬菌体展示技术(phage displaytechnology)。
1通过近几十年的发展,噬菌体展示技术已经有丝状噬菌体、λ噬菌体、T4噬菌体和T7噬菌体等展示系统,这些系统在在新型疫苗的研制、酶抑制剂的筛选、医学诊断和治疗、多肽药物的开发、蛋白质相互作用的研究等领域得到了广泛的应用,并显示了良好的应用前景。
1.噬菌体展示系统类型1.1.单链丝状噬菌体展示系统单链丝状噬菌体展示系统是利用了M13噬菌体独特的生命周期及其所表达的几个噬菌体蛋白质。
它的单键DNA基因组由6407个核苷酸残基组成,编码10种不同的蛋白质,并被包装于约有2700~3000个拷贝数的基因编码的蛋白质pⅧ的蛋白衣壳内。
而且M13的尾部有一种3~5个拷贝的基因编码的蛋白质pⅢ。
21.1.1.pⅢ展示系统(3~5个拷贝)pⅢ基因主要编码病毒的次要衣壳尾丝蛋白。
pⅢ的可插入位点很多,所以其为多价展示系统,但这样就会造成蛋白质的异促效应,不易筛选到高亲和力的噬菌体。
为了构建单价展示系统,人们将目的基因转入到噬菌粒(噬菌粒是由质粒与单丝噬菌体结合而构成的载体系列。
噬菌体展示技术第一篇:噬菌体展示技术介绍噬菌体作为一种针对细菌的病毒,与我们生活息息相关。
除了作为抗生素的发现者,噬菌体还可以被利用于噬菌体展示技术。
这种技术利用噬菌体表面展示的蛋白质,实现对目标蛋白质的快速筛选和鉴定。
本文将介绍噬菌体展示技术的原理、优缺点,以及在生命科学研究和工业生产中的应用。
一、原理噬菌体展示技术是将目的蛋白或肽插入噬菌体表面的一种方法。
噬菌体表面组分主要有三种:1)编码质粒的pIII蛋白质;2)编码细胞毒素E的pVIII蛋白质;3)编码专一结合的pV蛋白质。
它们在噬菌体的组成和结构上有不同的作用。
其中,pIII和pVIII蛋白质被广泛地应用于蛋白质展示,pV 蛋白质则被用于病毒特异性分离。
噬菌体展示技术的基本步骤为:首先,在噬菌体pIII或pVIII蛋白质基因的外侧区域中插入目的蛋白的DNA序列;然后使用这些噬菌体感染大肠杆菌。
噬菌体在感染过程中就会将目的蛋白展示在其表面。
最后,可使用具有亲和力的配体或抗体选择目的蛋白并纯化。
二、优缺点噬菌体展示技术的优点主要集中在以下几个方面:1)大容量:噬菌体可以在感染过程中表达众多的外表面蛋白,其中每个蛋白均可成为一个展示物,针对多种噬菌体展示技术。
2)直接鉴定:在已知多肽的情况下,可以使用特定的抗体直接鉴定噬菌体表面的展示蛋白。
3)高灵敏度:噬菌体展示技术对目标蛋白的识别灵敏,并且可以使用大量病毒颗粒进行检测。
4)高效率:噬菌体展示技术可将展示蛋白直接表达在噬菌体的表面,无需进行分离提纯,从而加快了蛋白纯化过程。
噬菌体展示技术的缺点主要有以下几方面:1)分子大小限制:目前仅适用于直径小于1/3噬菌体直径的蛋白分子。
2)生物安全:组装成噬菌体后,展示蛋白无法及时得到更新,可能会导致噬菌体的生物安全风险。
3)抗原性:由于目的蛋白常常被表达在噬菌体的表面,因此它们可能会被视为异物而引起免疫反应。
三、应用由于噬菌体表面蛋白质的展示,噬菌体展示技术已经被广泛应用于生物医学研究和工业生产中。
噬菌体展示技术的原理及应用引言:噬菌体展示技术是一种基因工程手段,在生物医学领域得到广泛应用。
它通过利用噬菌体作为载体,将目标蛋白质展示在噬菌体表面,从而实现了某种特定蛋白的高效筛选和研究。
本文将从噬菌体展示技术的原理及应用两个方面进行详细介绍。
第一部分:噬菌体展示技术的原理噬菌体展示技术的核心在于将目标蛋白质与噬菌体连接并展示在噬菌体表面。
这一步骤通常通过融合目标蛋白和噬菌体外壳蛋白的方式实现。
噬菌体外壳蛋白通常包括毒素结合蛋白(pIII)和胶原结合蛋白(pVIII)两种类型。
首先,将目标蛋白的编码序列与噬菌体外壳蛋白的编码序列相连,形成融合蛋白序列。
然后,将融合蛋白序列插入噬菌体基因组中,使其能够在噬菌体感染细胞后被表达。
最后,经过一系列筛选步骤,选择能够正确展示目标蛋白的噬菌体克隆,得到可以继续研究的目标蛋白样品。
噬菌体展示技术的原理其实比较简单,但是其应用范围非常广泛。
接下来,我们将针对几个典型的应用场景进行分析。
第二部分:噬菌体展示技术在药物研发中的应用噬菌体展示技术在药物研发中具有很大的潜力。
通过这一技术,可以筛选出具有特定功能的抗体或蛋白,用于研发新药。
例如,通过对癌细胞表面的特定蛋白进行展示,可以筛选出能够靶向癌细胞的药物。
这种药物在治疗癌症方面具有很大的潜力。
此外,噬菌体展示技术还可以用于筛选其他类型的药物靶点。
例如,许多感染性疾病的病原体表面都存在特定的蛋白结构。
通过将这些蛋白展示在噬菌体表面,可以通过筛选获得能够靶向这些病原体的药物靶点,为抗感染药物的研发提供重要的依据。
第三部分:噬菌体展示技术在生物工程中的应用除了在药物研发领域,噬菌体展示技术还在生物工程领域发挥着重要的作用。
在生物工程中,噬菌体展示技术可以用于筛选和改造特定酶。
通过将目标酶展示在噬菌体表面,可以利用大规模筛选技术快速获得具有特定催化性能的酶。
此外,噬菌体展示技术还可以用于疫苗研发和抗体工程。
通过将疫苗候选抗原或抗体展示在噬菌体表面,可以大大提高其免疫原性和特异性。
噬菌体展示技术的原理及应用将编码多肽的外源DNA片段与噬菌体表面蛋白的编码基因融合(插入信号肽与衣壳蛋白基因间)后,以融合蛋白的形式呈现在噬菌体的表面,每个噬菌体只含1个外源基因,被展示的多肽或蛋白可保持相对的空间结构和生物活性,展示在噬菌体的表面。
导入了各种各样外源基因的一群噬菌体,就构成一个展示各种各样外源肽的噬菌体展示库。
当用一个蛋白质去筛查一个噬菌体展示库(展示文库为流动相,被筛蛋白为固定相)时,就会选择性地同与其有相互作用的某个外源肽相结合,从而分离出展示库里的某个特定的噬菌体,研究该噬菌体所含外源基因的生物学功能。
技术发展噬菌体展示优越性1、将蛋白与其遗传信息之间提供了直接的物理联系,可有效的对所需功能的克隆进行反复筛选并扩增。
2、被展示多肽或蛋白结构功能与天然状态接近,可简便快速筛选得到与靶分子高亲和力的被展示物。
3、筛选过程中,特定的噬菌体克隆由于对其配体的特意亲和性而不断的得到富集,从而使相对稀少的可以结合配体的克隆能够快速、有效地从一个大文库中被筛选出来。
4、与其它技术相比,容易对库容量较大的文库进行筛选。
噬菌体展示局限性:1、肽库容量受大肠杆菌转化效率影响,容量一般在109,高于此限制的较多基因将难以表达;2、编码多肽的基因带有一定的密码子偏爱性,限制了肽库的复杂度;3、噬菌体宿主大肠杆菌的生物合成系统有自身的限制因素,如缺乏氨基酸修饰、蛋白糖基化、不能合成D型氨基酸。
4、在噬菌体展示过程中必须经过细菌转化、噬菌体包装,有的展示系统还要经过跨膜分泌过程,这就限制了所建库的分子多样性。
5、不是所有的序列都能在噬菌体中获得很好的表达,因为有些蛋白质功能的实现需要折叠、转运、膜插入和络合,导致在体内筛选时需外加选择压力。
应用范围肿瘤研究及药物靶向治疗诊断用疫苗研发酶抑制剂筛选构建抗体/cDNA文库研究蛋白质与核酸相互作用的生物学过程研究新型的基因导向系统Eg1:从HBx(肝癌相关抗原)单抗细胞中克隆重链可变区基因,重组入M13噬菌体,验证表达产物具有活性,然后表达出单链抗体、单域抗体或嵌合抗体,为肝癌导向治疗研究提供基础。
噬菌体展示
简介
噬菌体是一种能够感染细菌并在其中繁殖的病毒。
它被广泛用于生物学研究和生物技术应用中,特别是在基因工程和基因治疗领域。
噬菌体展示技术是一种将特定蛋白质或肽段展示在噬菌体表面的方法。
通过选择与目标蛋白质相互作用的噬菌体克隆,可以筛选出具有特定功能的蛋白质或肽段。
本文将介绍噬菌体展示技术的原理、应用和优点。
原理
噬菌体展示技术依赖于噬菌体基因组中的一个外源基因,该基因编码目标蛋白质或肽段。
这个外源基因通常被插入到噬菌体的毒力因子基因中,例如毒力因子III基因。
插入后,目标蛋白质或肽段会与细菌细胞的表面结合。
噬菌体携带的基因信息会导致细菌细胞表面展示目标蛋白质或肽段。
通过这种方式,科研人员可以通过筛选和选择的方法找到与目标蛋白质或肽段相互作用的噬菌体克隆。
应用
噬菌体展示技术在生物学研究和生物技术应用中有广泛的应用。
以下是一些常见的应用领域:
抗体库筛选
噬菌体展示技术可用于抗体库筛选,以寻找与特定抗原相互作用的抗体。
通过将抗原展示在噬菌体表面,科研人员可以筛选出具有高亲和力和特异性的抗体,用于治疗和诊断应用。
肽库筛选
噬菌体展示技术也可用于肽库筛选,以寻找具有特定功能的肽段。
通过将肽段展示在噬菌体表面,科研人员可以筛选出与特定靶点相互作用的肽段,用于药物开发和治疗应用。
蛋白质互作网络研究
噬菌体展示技术可以用于研究蛋白质互作网络。
通过将一种蛋白质展示在噬菌体表面,并将其用作识别其他与其相互作用的蛋白质的。
噬菌体展示技术的原理及应用噬菌体展示技术是一种利用噬菌体作为载体来展示特定蛋白质的方法。
噬菌体是一种只依赖于宿主细胞进行复制的病毒,它具有高度的遗传稳定性和生物安全性,因此成为了生物学研究中常用的工具之一、噬菌体展示技术是通过基因工程手段将目标蛋白的编码序列与噬菌体的外壳蛋白基因连接,从而使得噬菌体表面展示目标蛋白,进而实现其在生物学研究和应用领域的应用。
噬菌体展示技术的原理主要包括四个步骤:构建融合基因、转化宿主细胞、筛选目标蛋白、验证和表征目标蛋白。
首先,需要将目标蛋白的编码序列与噬菌体的外壳蛋白基因连接,形成融合基因。
这一步可以通过PCR技术、DNA重组技术或化学合成等方法完成。
然后,将构建好的融合基因导入到宿主细胞中,使其表达出融合蛋白。
这一步通常通过将噬菌体感染宿主细胞实现。
接下来,通过适当的筛选方法,筛选出表达目标蛋白的噬菌体颗粒。
最后,对得到的目标蛋白进行验证和表征,确认其正确展示在噬菌体表面。
噬菌体展示技术具有广泛的应用。
首先,在蛋白质功能研究方面,噬菌体展示技术可以用来筛选和鉴定蛋白质的结合配体、寻找蛋白质的受体等。
其次,在疫苗研制和药物研发方面,噬菌体展示技术可用于筛选具有特定抗原性的肽段和蛋白质,寻找一些新的抗菌药物和肿瘤治疗靶点。
此外,噬菌体展示技术还能用于表位鉴定、抗体库构建、酶工程等领域。
噬菌体展示技术相对于其他展示技术具有许多优势。
首先,噬菌体是一种非常安全的病毒,不会感染人类和其他动物细胞,具有很高的生物安全性。
其次,噬菌体展示技术可以在宿主细胞内直接进行筛选,与体外筛选相比较省时间和成本,并且能够获得更多的样本选择,增加筛选成功率。
此外,噬菌体展示技术还具有高度的遗传稳定性,可以在不同的生理条件下保持构建好的目标蛋白的稳定表达。
总之,噬菌体展示技术是一种重要的蛋白质展示技术,通过利用噬菌体作为载体,可以实现目标蛋白在噬菌体表面的展示,并在生物学研究和药物研发领域中得到广泛应用。
噬菌体展示的原理及应用1. 噬菌体展示技术简介噬菌体展示技术是一种利用噬菌体病毒颗粒表面展示特定外源蛋白或肽段的方法。
噬菌体是一种寄生细菌的病毒,可以将外源蛋白或肽段插入噬菌体基因组,使其在噬菌体颗粒表面展示出来。
噬菌体展示技术在蛋白质工程、药物研发和抗体库筛选等领域具有广泛的应用。
2. 噬菌体展示的原理噬菌体展示技术的原理基于噬菌体病毒的寄生特性和其基因组的可重组性:•插入外源基因:在噬菌体基因组中,利用重组技术将外源基因插入噬菌体感染机器中的特定位置。
外源基因可以是编码特定蛋白或肽段的DNA序列。
•融合外源蛋白:插入外源基因后,在噬菌体感染机器中可以进行外源基因的表达,产生融合蛋白。
融合蛋白包括外源蛋白或肽段以及噬菌体封套蛋白。
这样,外源蛋白或肽段就与噬菌体病毒颗粒连接在一起。
•展示在颗粒表面:融合蛋白随后会组装成为完整的噬菌体病毒颗粒。
外源蛋白或肽段以及噬菌体封套蛋白都会以面向外界的方式展示在病毒颗粒的表面。
3. 噬菌体展示技术的应用噬菌体展示技术由于其独特的原理和特点,在许多领域有着广泛的应用。
以下是噬菌体展示技术在一些领域的应用示例:•蛋白质工程:可利用噬菌体展示技术进行蛋白质工程研究,通过插入外源基因,并在噬菌体表面展示融合蛋白,可以实现对蛋白质的功能、稳定性和抗原性等方面的优化。
•药物研发:噬菌体展示技术可以用于药物研发中的靶标筛选和药物设计。
通过在噬菌体表面展示特定的蛋白,可以高通量地筛选出与该蛋白相互作用的潜在药物分子,并进一步优化和开发。
•抗体库筛选:噬菌体展示技术在抗体库筛选中发挥着重要作用。
通过将外源抗体基因插入噬菌体基因组,并将融合抗体展示在噬菌体表面,可以实现对大规模抗体库的高通量筛选,从而寻找到具有特定亲和力和特异性的抗体。
•疫苗研究:噬菌体展示技术可以用于疫苗研究中的抗原筛选和疫苗设计。
通过插入外源抗原基因,并将融合抗原展示在噬菌体表面,可以实现对抗原结构和免疫原性的调控,从而提高疫苗的有效性和安全性。
CHEMISTRY OF LIFE 2009,29(4)文章编号: 1000-1336(2009)04-0588-07噬菌体展示技术在蛋白质研究中的应用李 珣 任珍珍 钟国华(华南农业大学资源环境学院,广州 510642)摘要:噬菌体展示技术所展示的外源蛋白质可以保持相对独立的空间结构和生物活性,并实现基因和表达蛋白质的体外转换,是蛋白质研究的重要工具。
目前用于构建展示文库的噬菌体主要有丝状噬菌体、λ噬菌体、T4噬菌体和T7噬菌体,且在展示功能蛋白结构域、确定核酸结合蛋白质及其相互作用、蛋白质相互作用、蛋白质定向设计和空间结构改造、新受体和配体的发现、筛选酶抑制剂、细胞信号转导、抗原表位分析等方面应用广泛,应用前景良好。
关键词:噬菌体展示技术;蛋白质中图分类号:Q816收稿日期:2009-03-02国家自然科学基金项目(30500335,30671387);教育部全国优秀博士学位论文作者专项基金(2004061)作者简介:李珣(1986-),女,硕士生,E-mail: xun_76776@126.com;任珍珍(1984-),女,硕士生,E-mail: mcdull-mcmug@163.com;钟国华(1973-),博士,副教授,联系作者,E-mail:guohuazhong@scau.edu.cn近年来,噬菌体展示技术(phage display techniques,PDT)在抗体、多肽、蛋白质和酶制备中应用广泛,在多肽和蛋白质药物的发现与研制、蛋白质-DNA /蛋白质的相互作用、蛋白质结构和功能解释等研究中发挥了巨大作用,其简便、有效、易于控制的特性确定了对蛋白质研究的独特优势和巨大应用潜力。
本文概括介绍了不同的噬菌体展示系统及其在蛋白质研究中的应用。
1. 噬菌体展示技术的原理和内容作为一项已广泛运用的技术,噬菌体展示是一种将外源肽或蛋白质与特定噬菌体衣壳蛋白融合并展示于噬菌体表面的技术[1]。
它将外源基因插入到噬菌体展示载体的信号肽基因和衣壳蛋白编码基因之间,从而使外源基因编码的多肽或蛋白质与外壳蛋白以融合蛋白质形式展示在噬菌体表面,被展示的外源肽或蛋白质可保持相对独立的空间结构和生物活性。
与其他表达系统相比,噬菌体展示技术可将基因型和表型、分子结合活性与噬菌体的可扩增性结合在一起,实现了基因型和表型的转换,是一种高效的筛选系统。
噬菌体显示技术主要包括三方面内容(图1):一是通过DNA重组的方法插入外源基因,形成的融合蛋白表达在噬菌体颗粒的表面,同时保持外源蛋白的天然构象,不影响噬菌体的生活周期,也能被相应的抗体或受体所识别;二是筛选目的噬菌体,利用固定于固相支持物的靶分子,采用适当的淘洗方法,洗去非特异结合的噬菌体,筛选出融合噬菌体;三是外源多肽或蛋白质表达在噬菌体的表面,而其编码基因作为病毒基因组中的一部分可通过分泌型噬菌体的单链DNA测序推导出来[2]。
噬菌体亲和筛选的方法包括直接法和间接法,前者是将蛋白质分子偶联到固相支持物上,加入噬菌体肽库,与固相支持物温育,洗去未结合的噬菌体,既获得亲和噬菌体,其中固相支持物有很多,包括树脂、各种尺寸的珠子、96孔板甚至可用于分析的生物传感芯片;后者是将生物素标记的蛋白质分子与文库噬菌体温育后铺在结合有链亲和素的平皿上,洗去未结合的噬菌体,保留结合状态的噬菌体,再洗脱结合的噬菌体,用这部分噬菌体感染细菌,扩增噬菌体,开始新一轮的筛选,通过吸附、洗脱、扩增的重复过程,就能选择性地富集并特异性扩增结合这种蛋白质或DNA分子的噬菌体。
筛选出的噬CHEMISTRY OF LIFE 2009,29(4)菌体的结合特性可以通过基因测序,分析各个克隆间编码短肽的一致序列,以确证筛选的特异性。
最后,可研究其氨基酸短肽的亲和特性并推测可能配体的生物学活性和结合或游离状态的结构特点[4]。
2. 噬菌体展示系统的类型 目前,用于构建噬菌体展示系统的载体主要有丝状噬菌体、λ噬菌体、T4噬菌体和T7噬菌体,且各系统各具优缺点,选用适合的噬菌体展示系统对研究具有重要意义(表1)。
2.1 丝状噬菌体展示系统 丝状噬菌体属于单链环状DNA病毒,编码10种蛋白质,其中与噬菌体展示有关的是pIII和pVIII衣壳蛋白。
pIII蛋白位于噬菌体颗粒的一端,有3 ̄5个拷贝,可在N端、近N端或N端与C端的柔性连接区融合外源肽或蛋白质,并且对展示的外源多肽或蛋白质的大小无严格限制。
VIII蛋白位于噬菌体颗粒的两侧,一般在N端或近N端融合外源序列,与pVIII基因融合时,每个病毒粒子约有2700个拷贝,含有pVIII的融合蛋白能够提供多价展示,从而根据亲和力进行目的基因的筛选[5]。
2.2 λ噬菌体展示系统 λ噬菌体展示系统是将外源肽或蛋白质与λ噬菌体的主要尾部蛋白(the tail protein,gpV)或λ噬菌体头部组装的必需蛋白(the head deco-ration protein, gpD)蛋白融合而被展示的[6]。
在λ噬菌体头部组装过程中,当DNA进入头部以后,头部组装蛋白gpD附着于衣壳外侧,将噬菌体头部固定。
gpD是λ噬菌体头部组装必需的蛋白质,也称装饰蛋白。
当噬菌体基因组小于野生型基因组的82%时,它可以在缺少gpD的情况下完成组装,故gpD可作为外源序列融合的载体,这种展示一般为N端展示。
gpD展示的体外组装途径是将D融合蛋白结合到λD-噬菌体表面。
体内组装途径是将含D融合基因的质粒转化入λD-溶源的E. coli 菌株中,从而弥补溶源菌所缺的gpD,并通过热诱导组装,或利用噬菌体P1的Cre-LoxP定点重组系统将外源基因整合到λ噬菌体基因组中。
此外,λ噬菌体的主要尾部蛋白gpV也可以插入外源序列。
gpV有两个折叠区,C端的折叠区是病毒的非功能区,可供外源序列插入或替换。
该系统展示的外源蛋白质的拷贝数为平均1个分子/噬菌体,这表明外源蛋白质或多肽可能干扰了噬菌体的尾部装配。
λ噬菌体是在宿主细胞内完成装配的,无需将外源肽或蛋白分泌到细菌胞膜外,可展示有活性的大分子蛋白质(100 kDa以上蛋白质)及对宿主细胞有毒性的蛋白质,适用范围极广。
目前,已通过构建λ噬菌体的完整基因组文库发现了新的肺炎支原体抗原,这种支原体常导致儿童和青少年非典型肺炎[7]。
2.3 T4噬菌体展示系统 T4噬菌体基因组DNA为双链线形,呈环状排列,并且噬菌体衣壳的外表面包被着2种非必需外壳蛋白:SOC(small outer capsidprotein)和HOC(highly antigenic outer capsid protein)。
T4噬菌体表面展示是将外源多肽或蛋白质分别与SOC位点的C末端和HOC位点的N末端融合而展示于T4噬菌体表面[8,9]。
SOC位点展示是通过一个重组载体,将融合有外源序列的SOC融合基因同源整合图1 噬菌体展示技术流程图[3]CHEMISTRY OF LIFE 2009,29(4)入缺失SOC的T4基因组中,选择恢复溶菌酶生长不依赖性的噬菌体,即可将外源肽或蛋白质展示于噬菌体表面。
HOC位点展示则通过体外包装实现,将目的基因连接于hoc基因的C端,构建hoc融合基因表达载体,并在IPTG的诱导下表达HOC融合蛋白。
在与HOC蛋白缺失的T4噬菌体突变株共感染时,将HOC融合蛋白包装到T4噬菌体衣壳表面的HOC位点,实现外源蛋白质在T4噬菌体的HOC位点的展示[10]。
若将SOC与外源蛋白质的融合基因整合入噬菌体基因组中,再取已经整合了外源基因的噬菌体按HOC位点展示的方法进行HOC位点体外包装,就可实现SOC、HOC双位点的同时展示。
此外,T4噬菌体的扁长型二十面体衣壳,使其系统容量大,可以体外组装,拷贝数高。
2.4 T7噬菌体展示系统 T7噬菌体基因组为线性双链DNA,其衣壳蛋白通常有两种形式,即10A(344个氨基酸残基)和10B(397个氨基酸残基),10B衣壳蛋白区存在于噬菌体表面,所以被用作噬菌体展示[11]。
T7噬菌体展示系统可以高拷贝量展示50个氨基酸的多肽,以低拷贝量(0.1 ̄1/噬菌体)或以中拷贝量(5 ̄15/噬菌体)展示1200个氨基酸残基的多肽或蛋白质,分别与相应亲和力区域结合,其实用性较强。
优点pIII蛋白展示利于选择高亲和力的配体分子,可容许插入大的片段;pVIII蛋白拷贝数多,用于筛选亲和力较低的配体,高拷贝pVIII蛋白在疫苗开发上具有潜在的应用价值宿主细胞内完成装配,无需将外源肽或蛋白质分泌到细菌胞膜外;可展示的肽或蛋白质范围较广,尤其适合展示那些不能被大肠杆菌分泌的复杂蛋白质,及对宿主细胞有毒性的蛋白质可实现SOC、HOC双位点的同时展示;系统容量大(SOC,960个分子;HOC,160个分子),可以体外组装,拷贝数高;同时还能在体外组装,这对构建表面展示噬菌体十分方便可在其表面以高、中、低拷贝表达各种蛋白质,实用性较强;能够展示任何抑制分泌过程的蛋白质和多肽;可展示相当部分的表达蛋白质,并保持其的一定构象,与天然状态较为接近;通过C端融合表达蛋白质,即使插入片段内含有终止密码子,同样也可以被其表达和展示;操作简便,生长迅速,高稳定性 局限性在pIII的N端展示过大(>100氨基酸)的肽段会影响到pIII与大肠杆菌性纤毛的相互作用,而使得感染大肠杆菌的效率降低,且其拷贝数只有3 ̄5个,在免疫学和生物疫苗研制中受到了限制;pVIII只能融合较小的外源肽段,携带肽段太大会影响外壳的组装,使其失去感染力;丝状噬菌体为分泌释放,不易展示大分子蛋白质不易筛选高亲和力配体结构较大,遗传结构复杂,不易筛选高亲和力配体;采用的是C 端融合,对研究蛋白质N端的功能不适合,而使它在蛋白质生物研究中的应用受到局限T7噬菌体是裂解性的,其展示的蛋白质不需分泌,因此不利于提纯 类型丝状噬菌体展示系统λ噬菌体展示系统T4噬菌展示系统T7噬菌体展示系统表1 四种噬菌体展示系统的优缺点比较CHEMISTRY OF LIFE 2009,29(4)并且T7噬菌体展示系统是通过C端融合表达蛋白,插入片段被克隆到T7噬菌体载体基因10B的C端。
因此,即使插入片段内含有终止密码子,同样也可以被其表达和展示。
T7噬菌体作为一种高效的展示工具,已广泛用于蛋白质的研究中,近来更是发现T7噬菌体展示工具可通过单循环高效的亲和选择结合蛋白或特异肽[12]。
3. 噬菌体展示技术在蛋白质研究中的应用3.1 展示功能蛋白结构域 噬菌体随机展示文库技术被广泛应用于研究蛋白质与其他配基的相互作用。
完整的蛋白质或结构域与噬菌体蛋白形成融合噬菌体,为研究结构与功能的相互关系提供了一个非常有效的工具。
并且,展示大的多肽片段不是受限于插入序列的大小,而是依赖于这些蛋白质是否具有通过宿主菌(E. coli)内蛋白质修饰或提高蛋白质的结合能力或催化能力[13]。