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淋病是全球发病率最高的性传播疾病之一,淋病奈瑟菌(Neisseria gonorrhoeae,Ng)是淋病的病原体。淋病奈瑟菌感染可导致不孕不育,还可促进人类免疫缺陷病毒(HIV)的传播。随着抗生素使用种类的更新,淋病奈瑟菌耐药性范围也不断扩增,给淋病治疗带来极大难度。为此亟需全面了解淋病奈瑟菌的生物学特性,以利于从根本上控制淋病。近年发现约90%古细菌和40%真细菌基因组中存在CRISPR系统,由CRISPR簇、前导序列(Leader)以及一系列CRISPR相关蛋白(Cas)基因构成,为细菌防御噬菌体和外源基因的侵袭发挥重要作用,是细菌的获得性免疫系统。课题组前期分析淋病奈瑟菌WHO-A株基因组信息发现6个CRISPR簇和2个分别属于CT1133家族和TM1801家族的Cas基因(下文分别称CT和TM),本研究检测了淋病奈瑟菌WHO-A株Cas基因的表达,并对其功能进行了初步探究。研究内容分为以下四个部分:一、淋病奈瑟菌Cas基因的类型分析与原核表达载体构建目前至少报道了 45个Cas基因家族,为了分析淋病奈瑟菌WHO-A株Cas基因的类型,对WHO-A株的两个Cas基因进行BLAST分析,与已公布的相关基因进行同源性比较。为研究淋病奈瑟菌中CRISPR系统中Cas蛋白的结构和功能,根据前期WHO-A株基因组序列测定结果确定其Cas基因的具体位置并设计引物。为将CT或TM基因均分别插入pCold-TF和pGEX-6p-1中,上下游引物两端分别添加有Pst Ⅰ和KpnⅠ以及Bam HⅠ和Xho Ⅰ酶切位点。提取淋病奈瑟菌WHO-A株总DNA为模板,PCR扩增Cas基因。扩增产物和载体使用相同双酶切处理,酶切产物分别纯化回收后用T4连接酶连接,构建Cas基因原核表达载体。二、重组Cas蛋白的原核表达和多克隆抗体制备将原核表达载体pCold-CT(TM)和pGEX-CT(TM)分别转化至大肠埃希菌BL21(DE3),得到的重组菌用IPTG作可溶性表达的小量诱导,经SDS-PAGE检测到分子量与预期大小一致的表达产物后,用同样方法进行大量诱导,取pCold-CT(TM)-BL21和pGEX-CT(TM)-BL21的上清分别通过镍亲和层析柱和谷胱甘肽树脂柱,纯化产物CT(TM)-His和CT(TM)-GST用SDS-PAGE作分子量分析,并用BCA试剂盒检测目的蛋白的含量。用纯化的CT(TM)-His融合蛋白免疫BALB/c小鼠,4w后收集血清,以CT(TM)-GST融合蛋白为抗原检测免疫血清中特异性抗体的效价。结果表明,获得了符合预期大小的CT和TM重组蛋白,间接ELISA检测表明小鼠免疫血清中的CT和TM抗体的效价分别为1:25600和1:12800。制备的特异性抗体为检测淋病奈瑟菌WHO-A株细胞内相应Cas蛋白的表达和研究蛋白功能提供了实验材料。三、淋病奈瑟菌WHO-A株Cas基因的表达分析为检测淋病奈瑟菌WHO-A株中Cas基因的转录和表达情况,我们用RT-PCR法、ELISA法和免疫荧光法3种方法分别检测了细菌细胞内的Cas-mRNA和Cas蛋白。(1)提取该菌总RNA为模板,通过RT-PCR法转录获得cDNA,用Cas基因引物对cDNA进行PCR扩增,产物经1%琼脂糖凝胶电泳分析;(2)对WHO-A株细菌作超声裂解处理,取裂解液为抗原,以制备的Cas抗体为第一抗体,棋盘滴定法检测裂解菌液中Cas蛋白的存在情况;(3)将WHO-A株细胞用4%多聚甲醛固定于载玻片上,以CT(TM)血清抗体作为一抗,以FITC标记的羊抗鼠IgG作为二抗进行免疫荧光实验,荧光显微镜下检测样品的发光情况。结果表明,从WHO-A株总RNA中用RT-PCR可扩增出与CT或TM基因大小一致的DNA条带;WHO-A株细菌超声裂解液包被量为200 pg/ml时,以1:12800的CT多抗和1:800的TM多抗可以检测到相应Cas蛋白表达的明显信号;WHO-A株细菌细胞固定后用CT或TM抗体可检测到特异性荧光。以上结果提示Cas基因在淋病奈瑟菌WHO-A株细胞中可进行有效转录与表达,淋病奈瑟菌的CRISPR系统可能是一个具有活性的完整系统,为此需进一步研究Cas蛋白的结构与功能。四、淋病奈瑟菌WHO-A株Cas蛋白功能的初步研究实验室前期已构建pCas9-KRn重组载体,即一种靶向卡那霉素抗性基因的CR]ISPR简化系统,可作为Cas蛋白核酸酶活性的研究工具。为探究CT或TM蛋白是否发挥核酸酶活性,将pCas9-KRn中的Cas9基因替换为CT或TM基因。以pCas9-KRn中Cas9以外的部分为模板设计引物并进行PCR扩增,扩增产物两端分别添加了PstⅠ、Kpn Ⅰ酶切位点,双酶切并纯化后与相同酶切处理的CT或TM基因连接,获得重组质粒pCT(TM)-KRn,转化宿主大肠埃希菌后分别用RT-PCR和ELISA两种方法检测到WHO-Cas基因的表达。pCT(TM)-KRn转化至含pET-30a的DH5α大肠埃希菌,用LB培养液对重组菌进行传代。每代菌液分别在卡那霉素和氯霉素LB平板上的活菌计数结果表明,二者的CFU值没有明显差异,提示未发现WHO-Cas蛋白的核酸酶活性,其作用机制可能与Cas9蛋白的核酸酶活性具有较大差别。