几种硅亲和标签的比较及应用

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自上个世纪60年代开始,融合标签技术被人们广泛使用。目前,融合标签可以大致分为两类,一类是短肽标签,比如组氨酸标签His-tag,多用于检测蛋白或亲和纯化;另一类是蛋白标签,比如谷胱甘肽巯基转移酶标签GST-tag,通常在表达时具有促溶促表达的作用,也可用于亲和纯化。众多标签在实验室及工厂生产过程中被广泛利用,但是,大部分蛋白标签在变性条件下因为其蛋白质结构发生变化而无法与蛋白发生相互作用,因此不能用于变性纯化;短肽标签比如His-tag与金属离子的结合虽然不依赖其蛋白质三维结构,但是使用时所用基质成本过高,不利于实验室或工厂生产中大量使用。近几年,利用蛋白质与无机物之间的相互作用而开发出的亲和标签层出不穷。其中,硅亲和标签因为其互作基质二氧化硅成本低廉,容易获取而被广泛研究和利用。硅亲和标签与二氧化硅结合主要依赖于标签的高碱度与二氧化硅表面的π-π堆叠产生的静电相互作用力,不依赖蛋白质三维结构,因此即使是在变形条件下也可以使用。用1.0 M的赖氨酸(Lysine)或精氨酸(Arginine)进行竞争洗脱,即可使肽段从二氧化硅表面释放出来。目前,已有四种硅亲和标签,分别是Car9(DSARGFKKPGKR)、Car15(RTYLPLWMAAL)、Cot B1p(SGRARAQRQSSRGR)、SB7(RQSSRGR)。其中,Car9和Car15为2013年用鞭毛展示系统筛选出的能与蒸发碳结合的两种肽段,随后发现也可与二氧化硅结和;Cot B1p和SB7是研究人员于2010年是发现蜡样芽孢杆菌(Bacillus cereus)纳米颗粒的孢子涂层中有很明显的硅成分堆积,对240种菌株进行筛选之后,发现蜡样芽孢杆菌中的胞壁蛋白Cot B1介导了二氧化硅的堆积,对Cot B1蛋白截短优化后所设计的两种硅亲和肽段。我们将四种标签分别构建在SUMO蛋白的N端和C端,检测其在大肠杆菌中的表达水平、对几种常规非变性去垢剂的耐受强度以及变性条件下的亲和能力进行了研究和分析。结果显示Cot B1p及Car9远优于另外两种标签,将标签构建在融合蛋白C端比在N端更加稳定和易表达。并据此,我们进一步探究了硅亲和标签的应用。核酸的存在会严重污染重组蛋白类生物药物制备过程,在生物技术领域消除核酸也是很多实验必不可少的一个部分。核酸酶(Nucleases)是一种广泛存在于生物细胞周质内也可以分泌出体外的一种内切酶。核酸酶通过结合核酸链的3’端,打破核苷酸链之间的磷酸二酯键,保留其5’端部分。核酸酶不仅可以切割质粒,也可以切割双链DNA和单链RNA。沙雷氏菌属(Serratia)核酸酶拥有广泛的特异性,即使在相当恶劣的条件下仍然能够保持其高活性。因此,它被广泛用于生物技术和医学领域。但是沙雷氏菌属核酸酶在大肠杆菌中表达在包涵体中,纯化过程中需要复杂的变复性操作。低特异性核酸酶的纯化过程通常十分繁杂。Gong团队运用短短芽孢杆菌(Brevibacillus choshinensis)原核表达系统将灵杆菌(Serratia marcescens)胞外核酸酶分泌表达到培养基中,通过对培养基上清的亲和层析可获得核酸酶30~40 mg/d L。Lu团队选择用尿素变性,梯度复性的方式纯化核酸酶。通过这种方式可以获得60%左右的核酸酶。总之,目前核酸酶的纯化方法普遍步骤繁杂,高成本并且获得量极少,而且缺少核酸酶的去除方法。我们利用硅亲和标签可以在变性条件下发挥作用的特性,将Cot B1p与沙雷氏菌属核酸酶构建成融合蛋白,用大肠杆菌原核表达系统于37℃培养6小时,超声破碎菌体后将包涵体用8 M尿素变性溶解,溶解后上清与硅胶亲和,可得到固定化的沙雷氏菌属核酸酶。运用这套系统,摇瓶培养条件下每升菌至少可获得80~100 mg具有活性的核酸酶,如果改为发酵条件的话,将获得更高产量的核酸酶,这为实验室及工厂生产核酸酶提供了一种低廉高效的方法。使用时只需将含有核酸的样品穿过固定核酸酶的硅胶就可以完全清除样品中的核酸。可重复利用的固定化核酸酶可以给实验室及工厂生产工作带来了极大的便利。
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