关键词:
黄曲霉毒素B1
噬菌体展示技术
全合成纳米抗体库
优化
分子对接
摘要:
真菌毒素是由不同真菌种类产生的次生代谢物,主要是曲霉、赤霉、镰刀菌和青霉。据联合国粮食及农业组织(FAO)报道,世界上25%的食物受到真菌毒素污染。然而,最近的一项研究表明,全世界60~80%的作物受到真菌毒素的感染,这一数字超过了粮农组织给出的数字。曲霉属包括4个亚属339种。曲霉产生的真菌毒素被称为黄曲霉毒素。黄曲霉毒素是由各种类型的曲霉,特别是黄曲霉和寄生曲霉产生的次生代谢物,具有较强致癌作用。目前已经分离鉴定出来的黄曲霉毒素及其衍生物有20多种,其中黄曲霉毒素B1(Aflatoxin B1,AFB1)的毒性作用最强,被世界卫生组织的国际癌症研究机构(ARC)划分为Ⅰ类致癌物质。为了避免AFB1的污染风险,几乎世界上所有的国家和地区都制定了AFB1的强制限量标准。为了避免受到黄曲霉毒素B1的污染,检测所有食物中AFB1的含量显得特别重要。当前有很多检测技术可应用于检测AFB1,主要包括理化分析方法和免疫学方法等。其中,免疫学方法由于其精确度高,特异性强,操作简便等优点被广泛地用来检测AFB1,但它需要高灵敏度和特异性的抗体。随着分子生命工程的持续发展,重组抗体特别是单链抗体(Single chain Fv antibody fragment,Sc Fv)由于其易于改造、批次间差异小、制备时间短和表达量高等优点成为研究板块。但是,单链抗体与其亲本单克隆抗体相比,亲和力较低此外稳定性较差,从而导致在应用上具有局限性。研究抗原抗体间的不同反应,阐明单链抗体亲和力的影响机制,可为在基因水平上改造单链抗体,进一步提高其亲和力提供理论指导。本研究通过全合成噬菌体展示库筛选制备黄曲霉毒素B的纳米抗体,进一步结合计算机辅助建模设计实现抗体优化,主要内容及实验结果如下:(1)基于噬菌体展示技术利用实验室前期建成的全合成抗体库筛选制备黄曲霉毒素B1抗体基因G5,在此基础上对其进行表达,以期获得大量与AFB1结合的单链抗体,随后通过创建表达载体,再将修饰表达载体转化至感受态细胞BL21(DE3)中,进行诱导后获得可翻译的蛋白即纳米抗体,用于生物活性的鉴定实验。ELISA检测分析G5对AFB1-BSA的结合率以及AFB1对G5结合的抑制率,综合分析抗体亲和力。结果表明,G5对AFB1-BSA的EC约为0.95μmol/LAFB1与抗体竞争结合AFB1-BSA的IC约为43μmol/L,亲和力较好。(2)考虑到G5可能存在亲和力不高、特异性不强的问题,提出了一种基于计算机引导的同源建模和分子对接的体外亲和力成熟方法来优化抗体,通过计算机辅助搜寻目标序列同源建模模板、再进行目标序列与同源模板的多重序列比对,同时对同源模型的构建和模型评估、优化,最终获得一个可靠的三维结构。从抗体-抗原复合结构上来看,根据该试验构建模型G5与AFB1的分子对接,进行相互作用力分析。对接结果按照复合物能量值排序,能量越低表明该结构越稳定。通过打分,最佳G5-AFB1复合物能量分值为-6.29 kcal/mol。G5-AFB1复合物结构选择单链抗体的互补决定区(Complementarity Determining Regions,CDRs)区进行分析,AFB1与纳米抗体结合的氨基酸残基位点为:TYR103、VAL102、ARG101、ILE51、THR52、THR58,并且AFB1与残基ARG101形成较稳定的氢键网络体系。其中氢键键长越短,作用力越强;同时还与残基TYR103、VAL102、ILE51、THR52、THR58形成了疏水作用。再通过Py Mol可视化分析复合物5A内的氨基酸残基,选择最合适的残基ARG101进行突变,突变为IEL101,利用重叠延伸(genesplicingbyoverlapextension PCR,SOE PCR)获得突变基因及其对应的蛋白G5-1,经目的蛋白经纯化后,EC50值为0.196μmol/L,亲和力提高了9倍;IC50值为10.27μmol/L,抑制率提高了4倍,证明优化目的达到。