基于人工表达乙酰胆碱酯酶的有机磷农药残留检测方法

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近年来,由于有机磷农药的大面积施用,导致食品、水、环境中的残留越来越严重。有机磷农药通过抑制生物体内乙酰胆碱酯酶的活性而起到毒性作用,极易对人体或动物造成急性中毒。中毒后会造成以神经系统损害为主的一系列伤害,包括运动功能障碍、记忆认知能力下降等一系列的疾病,如帕金森病、阿尔茨海默病。我国出台了一系列的法律来限制或禁止部分高毒性的有机磷农药使用,并对食品中有机磷农药最大残留量进行规定。目前,有机磷类农药的检测方法主要有:气相色谱法、高效液相色谱法、色谱和质谱联用法、薄层色谱法、毛细管电泳法、酶抑制法、免疫分析法、生物传感器法等。这些检测方法精确且定量,但需要精密的仪器设备和良好的操作人员,因此需要研发出高效快捷的农残检测方法。本研究主要运用人工表达乙酰胆碱酯酶,可以大批量制备灵敏度较高,纯度较好且具有一定生物酶活性的蛋白,适用于部分有机磷农药的残留检测。  本研究主要内容包括:⑴根据AChE基因序列,设计并合成特异性引物,利用PCR扩增技术,得到稳定的 cDNA片段。将扩增产物与克隆载体连接,构建克隆表达载体,转入大肠杆菌BL21(DE3)进行诱导表达,经 PCR鉴定,双酶切鉴定和测序分析后,成功将基因片段导入大肠杆菌中进行表达。超声破碎后,大部分目的蛋白以包涵体形式存在于沉淀中,小部分的目的蛋白以可溶性方式表达。通过纯化和复性,分别得到所需的目的蛋白。⑵采用EDC法成功合成包被原,即甲胺磷-BSA,并用作间接ELISA反应。成功用 HRP标记小分子农药,得到甲胺磷-HRP,用于直接 ELISA中竞争反应的标记物。间接ELISA中,最适包被抗原选择1:1000倍稀释,抗体的最佳工作浓度为1:2000倍稀释。选择1%BSA对板进行封闭,37℃恒温反应1h。加入显色底物后反应10min,立即用2mol/LH2SO4终止反应。直接ELISA中,选择pH值在6.0左右的Tris-HCl作为实验的缓冲溶液,纯化的蛋白上清以1:100倍稀释后包被,对应酶标物以1:3200倍稀释,测定的半数抑制浓度在31~62ng/mL;复性的包涵体蛋白以1:10倍稀释,对应酶标物质以1:20倍稀释效果较好。⑶对两种方法得到的目的蛋白进行酶活性检测,将纯化的蛋白上清1:60倍稀释后,与底物进显色反应,而复性的包涵体蛋白效果较弱,1:4倍稀释后吸光度值达到0.36。反应1~2h左右酶活力稳定,超过2h后,非特异性反应增加,显色结果增高。运用表达的蛋白测定了甲胺磷,敌敌畏,草甘膦和毒死蜱四种 OPs农药的抑制结果,均产生抑制反应,其中甲胺磷的抑制效果最好,半数抑制浓度可以达到5μg/mL左右。
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