能抑制伤寒杆菌侵入人体细胞的RNA适配子及其制备方法.pdf

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摘要
申请专利号:

CN200410012977.1

申请日:

2004.04.06

公开号:

CN1563401A

公开日:

2005.01.12

当前法律状态:

终止

有效性:

无权

法律详情:

未缴年费专利权终止IPC(主分类):C12N 15/11申请日:20040406授权公告日:20060301|||未缴年费专利权终止IPC(主分类):C12N 15/11申请日:20040406授权公告日:20060301|||授权|||实质审查的生效|||公开

IPC分类号:

C12P19/34; C12N15/62; C12Q1/68; A61K48/00; A61P31/04

主分类号:

C12P19/34; C12N15/62; C12Q1/68; A61K48/00; A61P31/04

申请人:

武汉大学;

发明人:

章晓联; 潘勤

地址:

430072湖北省武汉市武昌珞珈山

优先权:

专利代理机构:

武汉宇晨专利事务所

代理人:

王敏锋

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内容摘要

本发明公开了一种能抑制伤寒杆菌侵入人体细胞的RNA适配子,涉及微生物感染免疫和检验,以及SELEX技术。该RNA适配子为预防和治疗伤寒杆菌肠热症提供了新型的拮抗剂,为克服临床上伤寒感染治疗出现的日益严重的耐药问题,提供了新的解决途径。本发明还公开了制备上述RNA适配子的方法,该方法通过制备和纯化IVB型纤毛结构融合蛋白-琼脂糖4B、随机单链DNA文库的构建、合成双链DNA文库、PCR扩增、RNA文库制备、SELEX筛选、荧光定量PCR选取,得到RNA适配子。本发明的RNA适配子可直接作为伤寒杆菌拮抗剂使用,可预防和治疗伤寒杆菌肠热症。为克服临床伤寒治疗出现的日益严重耐药问题提供了新的解决途径。

权利要求书

1: 一种能抑制伤寒杆菌侵入人体细胞的RNA适配子,其特征在于,该RNA 适配子的RNA序列为:5’-GGGAACAGUCCGAGCCUCACUGUUAUCCGA UAGCAGCGCGGGAUGAGGGUCAAUGCGUCAUAGGA-3’。
2: 制备权利要求1所述的能抑制伤寒杆菌侵入人体细胞的RNA适配子的方 法,其特征在于,该方法按下列步骤顺序进行: a、将谷胱甘肽硫转移酶-IVB型纤毛结构蛋白融合蛋白重组质粒菌株接种于 含氨苄抗菌素的2×TY液体培养基中,30℃振荡培养至600nm吸光度值为1~2, 加入异丙基硫代β-D半乳糖苷,30℃振荡培养4~6小时,浓缩菌株,超声破碎, 加入三硝基甲苯-100轻混30~40分钟,离心、取上清,加入谷胱甘肽琼脂糖 4B,室温混合20~30分钟,用磷酸盐缓冲液洗涤2~4次,即得到纯化的谷胱甘 肽硫转移酶-IVB型纤毛结构蛋白融合蛋白-琼脂糖4B复合体; b、构建单链DNA文库:5’-GCGGAATTCTAATACGACTCACTATAGGGAACAGTCCGA GCC-N30-GGGTCAATGCGTCATA-3’,构建上游引物:5’-GCGGAATTCTAATACGACTCACTA TAGGGAACAGTCCGAGCC-3’,构建下游引物:5’-GCGGGATCCTATGACGCATTGACCC-3’; c、将单链DNA文库0.1μg、下游引物0.3nmol、10倍大肠杆菌DNA聚合酶I 大片段反应缓冲液5μl、大肠杆菌DNA聚合酶I大片段5个活性单位和1nmol脱 氧核糖核酸加入双蒸水中,使总体积为50μl;然后放入PCR仪中,55℃反应10 分钟,37℃15反应分钟,70℃反应10分钟灭活,得到双链DNA文库; d、将步骤c中的双链DNA文库10μl、上游引物0.1nmol、下游引物0.1nmol、 25mmol/LMgCl 2  10μl、2mmol/L dNTP10μl,10倍DNA聚合酶反应缓冲液10μl和 DNA聚合酶2.5个活性单位,加入双蒸水中,使总体积为100μl;然后放入PCR 仪中,先进行94℃反应2分钟预变性,按以下条件循环8次:94℃反应30秒、 60℃反应1分钟、72℃反应2分钟,再72℃反应3分钟,便得到双链DNA文库 PCR扩增产物; e、将步骤d中的PCR扩增产物用含0.5μg/ml溴化乙锭的2%琼脂糖凝胶进行 电泳,然后将其放在260nm荧光透视板上,把呈橘红色条带的PCR扩增产物切下, 用DNA纯化回收试剂盒纯化,; f、将α-P 32 标记的尿嘧啶50微居或尿嘧啶0.5mmol/L、2μg~5μg双链DNA 文库、T 7 RNA聚合酶40个活性单位、5倍T 7 RNA聚合酶反应缓冲液20μl、100mmol/L 二硫苏糖醇10μl,100mmol/L核糖核酸ATP、GTP、UTP和CTP各0.5μl加入 双蒸水中,使总体积为100μl;然后放入PCR仪中,在37℃条件下反应2小时, 得到RNA文库; g、将步骤f得到的RNA文库加入5个活性单位的无RNA酶的DNA酶, 将其放入PCR仪中,在37℃条件下反应15分钟,然后用RNA纯化回收试剂盒 纯化,得到纯化的RNA文库; h、取0.2mg的谷胱甘肽硫转移酶-IVB型纤毛结构蛋白融合蛋白-琼脂糖4B, 用SELEX筛选缓冲液洗涤3~5次,将步骤g纯化的RNA文库200-500pmol加 入到50μl的SELEX筛选缓冲液中,然后加入到谷胱甘肽硫转移酶-IVB型纤毛 结构蛋白融合蛋白-琼脂糖4B中,室温下轻轻振动15~20分钟,离心,去上清, 用SELEX筛选缓冲液洗涤3~6次,再加入SELEX筛选洗脱液100μl,4℃静置 1小时,离心,取上清,用RNA纯化回收试剂盒纯化,得到纯化的RNA; i、将上游引物0.1nmol、下游引物0.1nmol、10mmol/L MgSO 4 2μl、10mmol/L dNTP2μl、5倍RT-PCR反应缓冲液10μl、DNA聚合酶2个活性单位、逆转录酶2 个活性单位和步骤h中纯化的RNA 25μl加入到双蒸水中,使总体积为50μl, 将其放入PCR仪中,48℃反应45分钟,94℃反应2分钟预变性,然后按下列条 件循环20次:94℃反应30秒、60℃反应1分钟、72℃反应2分钟,再72℃反 应3分钟,得到RT-PCR扩增产物; j、重复步骤e~i,并将步骤e中的“步骤d中的PCR扩增产物”用步骤i 得到的RT-PCR扩增产物替代,得到RT-PCR扩增产物; k、重复步骤e~i6轮,将步骤e中的“步骤d中的PCR扩增产物”用每次新 得到的RT-PCR扩增产物替代,并将其中的步骤h改为:将步骤g得到的RNA 文库溶于50μl的SELEX筛选缓冲液,将其加入到0.5mg的谷胱甘肽硫转移酶- 琼脂糖4B中,室温下轻轻振动15分钟,以吸附与谷胱甘肽硫转移酶-琼脂糖 4B结合的RNA,离心,取上清,再将上清加入到0.2mg的谷胱甘肽硫转移酶- IVB型纤毛结构蛋白融合蛋白-琼脂糖4B中,室温下轻轻振动15~20分钟,离 心,去上清,用SELEX筛选缓冲液洗涤3~6次,再加入SELEX筛选洗脱液 100μl,4℃静置1小时,离心,取上清,用RNA纯化回收试剂盒纯化,得到纯 化的RNA; l、重复步骤e~g,将步骤e中的“步骤d中的PCR扩增产物”用步骤k最后 一轮得到的RT-PCR扩增产物替代,得到可与伤寒杆菌IVB纤毛结构蛋白高度亲 和的RNA适配子库; m、将步骤k最后一轮得到的RT-PCR扩增产物,经DNA限制性内切酶EcoRI 和BamHI消化,连于质粒pUC19上,转化到大肠杆菌DH5α,氨苄抗性筛选,挑 取单个生长菌落进行测序; n、将各单个生长菌落所对应的RNA适配子3μg分别加入含有3.0×10 6 个 野生型伤寒杆菌的50μl菌液中,15~20℃静置15分钟后,将处理过的伤寒杆菌 加入到500μl含有2.5×10 5 个人白血病单核细胞的1640细胞培养液中,在5%二 氧化碳培养箱中37℃反应2小时,随后加入1mlPBS,2000转/分钟离心10分 钟,去上清,如此洗涤3~5次,洗涤后加入庆大霉素使其浓度为100μg/ml, 在5%二氧化碳培养箱中37℃反应1小时,再用PBS洗涤3~5次后,加入500μl 的细胞裂解液,在55℃的烤箱内裂解细胞1小时,然后迅速放于94℃的烤箱内 反应10分钟,随后在其中加入酚、氯仿抽提液1ml,上下颠倒振荡5分钟使液 体充分混合,然后12000转/分钟离心5分钟,取400μl上层水相,在该水相中 加入0.8ml乙醇,再将其静置于-80℃冰箱中12小时沉淀DNA,最后20000转/ 分钟离心15分钟,去上清,15~20℃自然风干残余水分后,加入15~20μl双蒸 水溶解沉淀的DNA,取34.4ngDNA作为模板,用荧光定量PCR试剂盒进行定 量PCR反应,扩增所用的上游引物为5’GCTTCTATAACTAGCAACGT 3’;下游引物 为:5’CTTCTGGCAAGATATTCTGA 3’,反应条件为95℃,15分钟预变性,然后按 下列条件循环40次:95℃反应45秒、50℃反应45秒、72℃反应30秒,再进行 72℃反应3分钟,在进行反应的同时,运用定量PCR仪检测细胞内伤寒杆菌基因 组DNA的含量,选取细胞内伤寒杆菌基因组DNA含量较少的一组,该组即为权利 要求1所述的能抑制伤寒杆菌侵入人体细胞的RNA适配子。
3: 根据权利要求2所述的制备能抑制伤寒杆菌侵入人体细胞的RNA适配子 的方法,其特征在于,步骤a所述的氨苄抗菌素的浓度为50μg/ml,加入异丙 基硫代β-D半乳糖苷后异丙基硫代β-D半乳糖苷的浓度为0.1mmol/L,加入三 硝基甲苯-100后三硝基甲苯-100的浓度为1%,所述的离心其转速为5000转/ 分钟,时间为5分钟;所述的2×TY液体培养基为:1升水中溶解蛋白胨16g、酵 母提取物10g、NaCl5g。
4: 根据权利要求2所述的制备能抑制伤寒杆菌侵入人体细胞的RNA适配子 的方法,其特征在于,步骤h所述的SELEX筛选缓冲液为:25mmol/L崔氏碱盐 酸缓冲液、50mmol/L KCl、200mmol/LNaCl、0.2mmol/L 乙二胺四乙酸、5%甘 油、0.5mmol/L二硫苏糖醇;所述的SELEX筛选洗脱液为:25mmol/L崔氏碱盐 酸缓冲液、50mmol/LKCl、1mol/LNaCl、0.2mmol/L 乙二胺四乙酸、5%甘油、 0.5mmol/L二硫苏糖醇;所述的离心其转速为5000转/分钟,时间为5分钟。

说明书


能抑制伤寒杆菌侵入人体细胞的RNA适配子及其制备方法

    技术领域:

    本发明属微生物感染免疫和检验领域。涉及利用分子生物学技术SELEX技术设计和制备一种能与感染人的伤寒杆菌(Salmonella Typhi)特有的病原性毒力岛上IVB型纤毛结构蛋白高亲和的RNA适配子(Aptamer)。

    背景技术:

    近2300种相关的沙门氏菌中,伤寒杆菌是最重要的致病菌,而且是唯一只对人致病并导致伤寒肠热症的细菌。伤寒杆菌可通过污染的食物和水而流行和传染。每年全世界感染伤寒杆菌的人数达16.6亿,我国伤寒也长期流行。最近我国将伤寒杆菌对人感染划定为10种法定的传染病之一。大多数沙门氏菌只引起肠炎,但伤寒杆菌可侵入人体血管导致高烧及更严重的肠热症和败血症,是临床治疗中颇为棘手的问题。遗憾地是至今为止全世界还没有完善的伤寒疫苗;而近十几年来,伤寒杆菌出现对多种抗菌素耐药(如抗氯霉素抗性等)的趋势,这也成为非常严重的问题。

    我们近年克隆和发现伤寒杆菌IVB型纤毛操纵子,该操纵子含有11个基因,其中pilS基因是负责编码伤寒杆菌IVB型纤毛的结构蛋白PilS,并已构建好了高水平表达谷胱甘肽硫转移酶-IVB型纤毛结构蛋白融合蛋白(GST-PilS融合蛋白)的重组质粒菌株,见参考文献Zhang X-L,Tsui I.S.M.,Yip C.M.C.,FungA.W.Y.,Wong D.K.-H.,Dai X-Y,Yang Y-H,Hackett J,and Morris C.,Salmonella enterica serovar typhi uses type IVB pili to enter humanintestinal epithelial cells.Infect Immun 2000;Vol.68.No.6.3067-3073。该文献还介绍了谷胱甘肽硫转移酶-琼脂糖4B(GST-Sepharose 4B)和谷胱甘肽硫转移酶-IVB型纤毛结构蛋白融合蛋白-琼脂糖4B(GST-PilS-Sepharose4B)。伤寒杆菌IVB型纤毛缺失突变株(Typhi J341pilS-)侵入人小肠细胞只有表达IVB型纤毛的伤寒杆菌(Serovar Typhi A21-6)侵入小肠细胞的5%-25%,加入可溶性的PilS蛋白可抑制伤寒杆菌对细胞的侵入。此外,PilS蛋白介导了伤寒杆菌之间的聚集,这种聚集可能与它的致病性毒性关系密切。种种证据均表明,IVB型纤毛尤其是PilS结构蛋白和伤寒杆菌对人体细胞的侵入性密切相关。

    SELEX技术(Systematic Evolution of Ligands by Exponential Enrichment系统进化指数富集技术)是20世纪90年代初研制的一种新的组合化学技术,它运用大容量的随机寡核苷酸文库,并结合体外PCR扩增技术,以指数富集与靶分子特异结合的寡核苷酸,经过多轮筛选,获得高亲和力、特异性强的寡核苷酸适配子(aptamers),具有库容量大、靶分子范围广、亲和力高等优点,已成功运用于许多靶分子的筛选,包括金属离子、有机染料、蛋白质、药物、氨基酸以及各种细胞因子等。这种方法具有简便、快速、经济等特点,与其他组合化学库如随机肽库、抗体库和噬菌体表面展示文库相比,从寡核苷酸文库中筛选出的适配子具有更高的亲和性和特异性,具有良好的应用前景。

    发明内容:

    本发明的目的是,提供一种能抑制伤寒杆菌侵入人体细胞的RNA适配子,该RNA适配子为预防和治疗伤寒杆菌肠热症提供了新型的拮抗剂,为克服临床上伤寒治疗出现的日益严重的耐药问题,提供了新的解决途径。

    本发明的另一目的是提供一种制备能抑制伤寒杆菌侵入人体细胞RNA适配子的方法,该方法通过制备和纯化IVB型纤毛结构融合蛋白-琼脂糖4B、随机单链DNA文库和引物的构建、合成双链DNA文库、PCR扩增、RNA文库制备、SELEX筛选、荧光定量PCR选取,得到能抑制伤寒杆菌侵入人体细胞的RNA适配子,并检测其效果。

    为了实现上述目的,本发明采用以下技术方案:

    一种能抑制伤寒杆菌侵入人体细胞的RNA适配子,该RNA适配子的RNA

    序列为:5’-GGGAACAGUCCGAGCCUCACUGUUAUCCGAUAGCAGCGCGGGAUGAGGGUCAAUGCGUCAUAGGA-3’。

    一种能抑制伤寒杆菌侵入人体细胞的RNA适配子的制备方法按下列步骤顺序进行:

    1、制备和纯化谷胱甘肽硫转移酶-IVB型纤毛结构蛋白融合蛋白-琼脂糖4B复合体(GST-PilS-Sepharose 4B)。将谷胱甘肽硫转移酶-IVB型纤毛结构蛋白融合蛋白重组质粒菌株(见参考文献Zhang X-L,Tsui I.S.M.,Yip C.M.C.,Fung A.W.Y.,Wong D.K.-H.,Dai X-Y,Yang Y-H,Hackett J,and Morris C.,Salmonella enterica serovar typhi uses type IVB pili to enter humanintestinal epithelial cells.Infect Immun 2000;Vol.68.No.6.3067-3073。)接种于浓度为50μg/ml的氨苄抗菌素的2×TY液体培养基中,30℃振荡培养至600nm吸光度值为1~2,加入异丙基硫代β-D半乳糖苷(IPTG)使其浓度为0.1mmol/L诱导,30℃振荡培养4~6小时,浓缩菌株,超声破碎,加入三硝基甲苯-100(TritonX-100)使其浓度为1%,轻混30~40分钟,5000转/分钟离心5分钟,取上清,加入谷胱甘肽琼脂糖4B(Gluthathion-Sepharose 4B),室温混合20~30分钟,用磷酸盐缓冲液(PBS)洗涤2~4次,即得到纯化的谷胱甘肽硫转移酶-IVB型纤毛结构蛋白融合蛋白-琼脂糖4B复合体(GST-PilS-Sepharose 4B)。

    上述2×TY液体培养基为:1升水中溶解蛋白胨16g,酵母提取物10g,NaCl5g。

    2、构建随机单链DNA(ssDNA)文库和引物。构建长度为88个碱基的单链DNA(ssDNA)文库:5’-GCGGAATTCTAATACGACTCACTATAGGGAACAGTCCGAGCC-N30-GGGTCAATGCGTCATA-3’,其中N代表碱基A,G,T,C中的任意一个,该文库的容量约为1014~1015;构建上游引物:5’-GCGGAATTCTAATACGACTCACTATAGGGAACAGTCCGAGCC-3’,其中画线部分为T7启动子的序列,该引物含有DNA限制性内切酶EcoRI的酶切位点;构建下游引物:5’GCGGGATCCTATGACGCATTGACCC-3’,该引物中含有DNA限制性内切酶BamHI的酶切位点。随机单链DNA文库和引物可由引物合成公司合成。

    3、单链DNA文库合成双链DNA文库。将单链DNA文库0.1μg、下游引物0.3nmol、由立陶宛MBI公司生产的10倍的大肠杆菌DNA聚合酶I大片段(KlenowFragment)反应缓冲液5μl、大肠杆菌DNA聚合酶I大片段5个活性单位和1nmol脱氧核糖核酸(dNTP)加入双蒸水中,使总体积为50μl;然后放入PCR仪中,55℃反应10分钟,37℃15反应分钟,70℃10分钟灭活Klenow Fragment,得到双链DNA文库。

    4、双链DNA文库的PCR扩增。将步骤3中的双链DNA文库10μl、上游引物0.1nmol、下游引物0.1nmol、25mmol/L MgCl2 10μl、2mmol/LdNTP10μl,由立陶宛MBI公司生产的10倍DNA聚合酶反应缓冲液10μl和DNA聚合酶2.5个活性单位,加入双蒸水中,使总体积为100μl;然后放入PCR仪中,先进行94℃反应2分钟预变性,按以下条件循环8次:94℃反应30秒、60℃反应1分钟、72℃反应2分钟,再72℃反应3分钟,便得到双链DNA文库PCR扩增的产物。

    5、PCR扩增产物的纯化。用含0.5μg/ml溴化乙锭的2%琼脂糖凝胶,对步骤4中PCR扩增产物进行电泳,然后将其放在260nm荧光透视板上,把呈橘红色条带的PCR扩增产物切下,用德国Qiagen公司提供的DNA纯化回收试剂盒纯化;

    6、RNA文库的制备。将α-P32(P的同位素)标记的尿嘧啶(UTP)50μCi(微居)或UTP 0.5mmol/L、2μg~5μg双链DNA文库、T7RNA聚合酶(美国Promega公司提供)40个活性单位、5倍T7RNA聚合酶反应缓冲液(美国Promega公司提供)20μl、100mmol/L二硫苏糖醇(DTT)10μl,100mmol/L核糖核酸ATP、GTP、UTP和CTP各0.5μl加入双蒸水中,使总体积为100μl;将其放入PCR仪中,在37℃条件下反应2小时,得到RNA文库。

    7、RNA文库的纯化。将步骤6获得的RNA随机文库加入5个活性单位的无RNA酶的DNA酶(美国Promega公司提供),将其放入PCR仪中,在37℃条件下反应15分钟,然后用美国Qbiogene公司提供的RNA纯化回收试剂盒纯化。

    8、SELEX筛选。取0.2mg的谷胱甘肽硫转移酶-IVB型纤毛结构蛋白融合蛋白-琼脂糖4B(GST-PilS-Sepharose 4B),每次用1ml的SELEX筛选缓冲液洗涤3~5次。将步骤7的纯化RNA文库200-500pmol加入到50μl的SELEX筛选缓冲液中,再加入到GST-PilS-Sepharose 4B中,室温下轻轻振动15~20分钟,用5000转/分钟离心5分钟,去上清,以弃去未与GST-PilS-Sepharose 4B结合的RNA,用3~6ml的SELEX筛选缓冲液洗涤3~6次,然后加入SELEX筛选洗脱液100μl,4℃静置1小时,用5000转/分钟离心5分钟,取上清,然后用美国Qbiogene公司提供的RNA纯化回收试剂盒纯化,得到纯化的RNA。

    上述SELEX筛选缓冲液为:25mmol/L崔氏碱盐酸缓冲液(Tris-Cl),50mmol/LKCl,200mmol/LNaCl,0.2mmol/L乙二胺四乙酸(EDTA),5%甘油(Glycerol),0.5mmol/L二硫苏糖醇(DTT)。

    上述SELEX筛选洗脱液为:25mmol/L崔氏碱盐酸缓冲液(Tris-Cl),50mmol/LKCl,1mol/L NaCl,0.2mmol/L乙二胺四乙酸(EDTA),5%甘油(Glycerol),0.5mmol/L二硫苏糖醇(DTT)。

    9、RNA逆转录PCR扩增(RT-PCR)。将上游引物0.1nmol、下游引物0.1nmol、10mmol/L MgSO4 2μl、10mmol/L dNTP2μl、由美国Promega公司提供的5倍RT-PCR反应缓冲液10μl、DNA聚合酶2个活性单位、逆转录酶2个活性单位和步骤8中纯化的RNA 25μl加入到双蒸水中,使总体积为50μl,将其放入PCR仪中,48℃反应45分钟,94℃反应2分钟预变性,然后按下列条件循环20次:94℃反应30秒、60℃反应1分钟、72℃反应2分钟,再72℃反应3分钟,得到RT-PCR扩增产物。

    10、重复步骤5~9,并将步骤5中的“步骤4中的PCR扩增产物”用步骤9得到的RT-PCR扩增产物替代,得到RT-PCR扩增产物;

    11、将步骤5~9重复6轮,把步骤5中的“步骤4中的PCR扩增产物”用每次新得到的RT-PCR扩增产物替代,并将其中的步骤8改为:将步骤7得到的RNA文库溶于50μl的SELEX筛选缓冲液,将其加入到0.5mg的谷胱甘肽硫转移酶-琼脂糖4B中,室温下轻轻振动15分钟,以吸附与谷胱甘肽硫转移酶-琼脂糖4B结合的RNA,离心,取上清,再将上清加入到0.2mg的谷胱甘肽硫转移酶-IVB型纤毛结构蛋白融合蛋白-琼脂糖4B中,室温下轻轻振动15~20分钟,离心,去上清,用SELEX筛选缓冲液洗涤3~6次,再加入SELEX筛选洗脱液100μl,4℃静置1小时,离心,取上清,用RNA纯化回收试剂盒纯化,得到纯化的RNA;

    12、重复步骤5~7,将步骤5中的“步骤4中的PCR扩增产物”用步骤11最后一轮得到的RT-PCR扩增产物替代,得到可与伤寒杆菌IVB纤毛结构蛋白高度亲和的RNA适配子库;

    13、将步骤11最后一轮得到的RT-PCR扩增产物,经DNA限制性内切酶EcoRI和BamHI消化,连于质粒pUC19上,转化到大肠杆菌DH5α,氨苄抗性筛选,挑取单个生长菌落进行测序;

    14、将各单个生长菌落所对应的RNA适配子3μg分别加入含有3.0×106个野生型伤寒杆菌的50μl菌液中,15~20℃静置15分钟后,将处理过的伤寒杆菌加入到500μl含有2.5×105个人白血病单核细胞(THP-1)的1640细胞培养液中,在5%二氧化碳培养箱中37℃反应2小时,随后加入1mlPBS,2000转/分钟离心10分钟,去上清,如此洗涤3~5次,洗涤后加入庆大霉素使其浓度为100μg/ml,在5%二氧化碳培养箱中37℃反应1小时,再用PBS洗涤3~5次后,加入500μl的细胞裂解液,在55℃的烤箱内裂解细胞1小时,然后迅速放于94℃的烤箱内反应10分钟,随后在其中加入酚、氯仿抽提液1ml,上下颠倒振荡5分钟使液体充分混合,然后12000转/分钟离心5分钟,取400μl上层水相,在该水相中加入0.8ml乙醇,再将其静置于-80℃冰箱中12小时沉淀DNA,最后20000转/分钟离心15分钟,去上清,15~20℃自然风干残余水分后,加入15~20μl双蒸水溶解沉淀的DNA,取34.4ngDNA作为模板,用荧光定量PCR试剂盒(QuantiTectTM SYBR Green PCR kit由德国Qiagen公司提供)进行定量PCR反应,扩增所用的上游引物为5’GCTTCTATAACTAGCAACGT 3’;下游引物为:5’CTTCTGGCAAGATATTCTGA 3’,反应条件为95℃,15分钟预变性,然后按下列条件循环40次:95℃反应45秒、50℃反应45秒、72℃反应30秒,再进行72℃反应3分钟,在进行反应的同时,运用定量PCR仪检测细胞内伤寒杆菌基因组DNA的含量,选取细胞内伤寒杆菌基因组DNA含量较少的一组,该组即为能抑制伤寒杆菌侵入人体细胞的RNA适配子。

    本发明的优点是:能特异性的结合在伤寒杆菌致病过程中发挥关键作用的IVB型纤毛上,可显著抑制伤寒杆菌侵入人体细胞,RNA适配子可直接作为伤寒杆菌的拮抗剂使用,可预防和治疗伤寒杆菌肠热症。因为采用了新的组合化学技术-SELEX技术进行伤寒杆菌IVB纤毛结构蛋白的RNA适配子的筛选,确保了获得的RNA适配子可特异性结合在伤寒杆菌IVB型纤毛上,从而封闭了伤寒杆菌的致病位点,使其不能进入人体细胞。

    其二,为克服临床上伤寒治疗出现的日益严重的耐药问题,提供了新的解决途径。目前治疗伤寒感染多采用广谱抗菌素,如氯霉素(chloramphenicol),氨苄青霉素(ampicillin),和三甲氧苄氨嘧啶(黄胺增效剂)/黄胺甲异恶唑(trimethoprim/sulfamethoxazole),这些药物不仅杀伤伤寒杆菌也杀伤寄生在人体内的多种有益菌群,同时伤寒杆菌的对这些药物产生的耐药问题也日益严重。本发明制备的RNA适配子为小分子核酸,其分子结构不同与任何广谱抗生素,因而无耐药性之忧;同时RNA适配子只针对伤寒杆菌发挥作用,对人体内的多种有益菌群并无危害。RNA适配子也别于传统的蛋白质抗体,其分子量小,可快速渗入细胞,无抗原性,不引起副作用。

    其三,由下表可知,用RNA适配子处理野生型伤寒杆菌Serovar Typhi J341后,伤寒杆菌侵入人白血病单核细胞(THP-1)的数目明显减少,用荧光定量PCR检测细胞内的伤寒杆菌DNA含量由未加RNA适配子时的0.000163ng/μl下降到0.000024ng/μl,抑制率为85.28%,说明本发明的适配子能有效地抑制伤寒杆菌侵入人体细胞,可以直接作为伤寒杆菌的拮抗剂使用。此外,该RNA适配子已克隆到DNA质粒上,并且该质粒已转化到大肠杆菌DH5α中,可直接用该菌株进行大规模生产制备。    名称    类型初始伤寒杆菌DNA量(ng/μl) Ct值    野生型伤寒杆菌J341    样品    0.000163  11.93    RNA适配子+野生型伤寒杆菌J341    样品    0.000024  14.5    人白血病单核细胞对照    对照  15.23

    具体实施方式:

    一种能抑制伤寒杆菌侵入人体细胞的RNA适配子,该RNA适配子的RNA序列为:5’-GGGAACAGUCCGAGCCUCACUGUUAUCCGAUAGCAGCGCGGGAUGAGGGUCAAUGCGUCAUAGGA-3’。

    一种能抑制伤寒杆菌侵入人体细胞的RNA适配子的制备方法按下列步骤顺序进行:

    1、制备和纯化谷胱甘肽硫转移酶-IVB型纤毛结构蛋白融合蛋白-琼脂糖4B复合体(GST-PilS-Sepharose 4B)。将谷胱甘肽硫转移酶-IVB型纤毛结构蛋白融合蛋白重组质粒菌株接种于浓度为50μg/ml的氨苄抗菌素的2×TY液体培养基中,30℃振荡培养至600nm吸光度值为1~2,加入异丙基硫代β-D半乳糖苷(IPTG)使其浓度为0.1mmol/L诱导,30℃振荡培养4小时,浓缩菌株,超声破碎,加入三硝基甲苯-100(TritonX-100)使其浓度为1%,轻混30分钟,5000转/分钟离心5分钟,取上清,加入谷胱甘肽琼脂糖4B(Gluthathion-Sepharose4B),室温混合30分钟,用磷酸盐缓冲液(PBS)洗涤三次,即得到纯化的谷胱甘肽硫转移酶-IVB型纤毛结构蛋白融合蛋白-琼脂糖4B复合体(GST-PilS-Sepharose 4B)。

    上述2×TY液体培养基为:1升水中溶解蛋白胨16g,酵母提取物10g,NaCl 5g。

    2、构建随机单链DNA(ssDNA)文库和引物。构建长度为88个碱基的单链DNA(ssDNA)文库:5’-GCGGAATTCTAATACGACTCACTATAGGGAACAGTCCGAGCC-N30-GGGTCAATGCGTCATA-3’,其中N代表碱基A,G,T,C中的任意一个,该文库的容量约为1014~1015;构建上游引物:5’-GCGGAATTCTAATACGACTCACTATAGGGAACAGTCCGAGCC-3’,其中画线部分为T7启动子的序列,该引物含有DNA限制性内切酶EcoRI的酶切位点;构建下游引物:5’-GCGGGATCCTATGACGCATTGACCC-3’,该引物中含有DNA限制性内切酶BamHI的酶切位点。随机单链DNA文库和引物可由引物合成公司合成。

    3、单链DNA文库合成双链DNA文库。将单链DNA文库0.1μg、下游引物0.3nmol、由立陶宛MBI公司生产的10倍的大肠杆菌DNA聚合酶I大片段(KlenowFragment)反应缓冲液5μl、大肠杆菌DNA聚合酶I大片段5个活性单位和1n mol脱氧核糖核酸(dNTP)加入双蒸水中,使总体积为50μl;然后放入PCR仪中,55℃反应10分钟,37℃15反应分钟,70℃10分钟灭活Klenow Fragment,得到双链DNA文库。

    4、双链DNA文库的PCR扩增。将步骤3中的双链DNA文库10μl、上游引物0.1nmol、下游引物0.1nmol、25mmol/L MgCl2 10μl、2mmol/L dNTP10μl,由立陶宛MBI公司生产的10倍DNA聚合酶反应缓冲液10μl和DNA聚合酶2.5个活性单位,加入双蒸水中,使总体积为100μl;然后放入PCR仪中,先进行94℃反应2分钟预变性,按以下条件循环8次:94℃反应30秒、60℃反应1分钟、72℃反应2分钟,再72℃反应3分钟,便得到双链DNA文库PCR扩增的产物;

    5、PCR扩增产物的纯化。用含有浓度为0.5μg/ml溴化乙锭的2%的琼脂糖凝胶,将步骤4中的双链DNA文库PCR扩增的产物进行电泳,电泳后将2%的琼脂糖凝胶放在260nm荧光透视板上,将凝胶中呈橘红色条带的双链DNA文库PCR扩增产物切下,用德国Qiagen公司提供的DNA纯化回收试剂盒纯化。

    6、RNA文库的制备。将α-P32(P的同位素)标记的尿嘧啶(UTP)50μCi(微居)或UTP 0.5mmol/L、2μg~5μg双链DNA文库、T7RNA聚合酶(美国Promega公司提供)40个活性单位、5倍T7RNA聚合酶反应缓冲液(美国Promega公司提供)20μl、100mmol/L二硫苏糖醇(DTT)10μl,100mmol/L核糖核酸ATP、GTP、UTP和CTP各0.5μl加入双蒸水中,使总体积为100μl;将其放入PCR仪中,在37℃条件下反应2小时,得到RNA随机文库。

    7、RNA随机文库的纯化。将步骤6获得的RNA随机文库加入5个活性单位的无RNA酶的DNA酶,将其放入PCR仪中,在37℃条件下反应15分钟,然后用德国Qbiogene公司提供的RNA纯化回收试剂盒纯化。

    8、SELEX筛选。取0.2mg的GST-PilS-Sepharose 4B,每次用1ml的SELEX筛选缓冲液洗涤3~5次。将步骤7的纯化RNA文库200-500 pmol加入到50μl的SELEX筛选缓冲液中,再加入到GST-PilS-Sepharose 4B中,室温下轻轻振动15分钟,用5000转/分钟离心5分钟,去上清,以弃去未与GST-PilS-Sepharose4B结合的RNA,用3~6ml的SELEX筛选缓冲液洗涤3~6次,然后加入SELEX筛选洗脱液100μl,4℃静置1小时,用5000转/分钟离心5分钟,取上清,然后用美国Qbiogene公司提供的RNA纯化回收试剂盒纯化,得到纯化的RNA。

    上述SELEX筛选缓冲液为:25mmol/L崔氏碱盐酸缓冲液(Tris-Cl),50mmol/L KCl,200mmol/L NaCl,0.2mmol/L乙二胺四乙酸(EDTA),5%甘油(Glycerol),0.5mmol/L二硫苏糖醇(DTT)。

    上述SELEX筛选洗脱液为:25mmol/L崔氏碱盐酸缓冲液(Tris-Cl),50mmol/LKCl,1mol/L NaCl,0.2mmol/L乙二胺四乙酸(EDTA),5%甘油(Glycerol),0.5mmol/L二硫苏糖醇(DTT)。

    9、RNA逆转录PCR扩增(RT-PCR)。将上游引物0.1nmol、下游引物0.1nmol、10mmol/L MgSO4 2μl、10mmol/L dNTP2μl、由美国Promega公司提供的5倍RT-PCR反应缓冲液10μl、DNA聚合酶2个活性单位、逆转录酶2个活性单位和步骤8中纯化的RNA 25μl加入到双蒸水中,使总体积为50μl,将其放入PCR仪中,48℃反应45分钟,94℃反应2分钟预变性,然后按下列条件循环20次:94℃反应30秒、60℃反应1分钟、72℃反应2分钟,再72℃反应3分钟,得到RT-PCR扩增产物;

    10、重复步骤5~9,并将步骤5中的“步骤4中的PCR扩增产物”用步骤9得到的RT-PCR扩增产物替代,得到RT-PCR扩增产物;

    11、将步骤5~9重复6轮,把步骤5中的“步骤4中的PCR扩增产物”用每次新得到的RT-PCR扩增产物替代,并将其中的步骤8改为:将步骤7得到的RNA文库溶于50μl的SELEX筛选缓冲液,将其加入到0.5mg的谷胱甘肽硫转移酶-琼脂糖4B中,室温下轻轻振动15分钟,以吸附与谷胱甘肽硫转移酶-琼脂糖4B结合的RNA,离心,取上清,再将上清加入到0.2mg的谷胱甘肽硫转移酶-IVB型纤毛结构蛋白融合蛋白-琼脂糖4B中,室温下轻轻振动15~20分钟,离心,去上清,用SELEX筛选缓冲液洗涤3~6次,再加入SELEX筛选洗脱液100μl,4℃静置1小时,离心,取上清,用RNA纯化回收试剂盒纯化,得到纯化的RNA;

    12、重复步骤5~7,将步骤5中的“步骤4中的PCR扩增产物”用步骤11最后一轮得到的RT-PCR扩增产物替代,得到可与伤寒杆菌IVB纤毛结构蛋白高度亲和的RNA适配子库;

    13、将步骤11最后一轮得到的RT-PCR扩增产物,经DNA限制性内切酶EcoRI和BamHI消化,连于质粒pUC19上,转化到大肠杆菌DH5α,氨苄抗性筛选,挑取单个生长菌落进行测序;

    14、将各单个生长菌落所对应的RNA适配子3μg分别加入含有3.0×106个野生型伤寒杆菌的50μl菌液中,15~20℃静置15分钟后,将处理过的伤寒杆菌加入到500μl含有2.5×105个人白血病单核细胞(THP-1)的1640细胞培养液中,在5%二氧化碳培养箱中37℃反应2小时,随后加入1mlPBS,2000转/分钟离心10分钟,去上清,如此洗涤3~5次,洗涤后加入庆大霉素使其浓度为100μg/ml,在5%二氧化碳培养箱中37℃反应1小时,再用PBS洗涤3~5次后,加入500μl的细胞裂解液,在55℃的烤箱内裂解细胞1小时,然后迅速放于94℃的烤箱内反应10分钟,随后在其中加入酚、氯仿抽提液1ml,上下颠倒振荡5分钟使液体充分混合,然后12000转/分钟离心5分钟,取400μl上层水相,在该水相中加入0.8ml乙醇,再将其静置于-80℃冰箱中12小时沉淀DNA,最后20000转/分钟离心15分钟,去上清,15~20℃自然风干残余水分后,加入15~20μl双蒸水溶解沉淀的DNA,取34.4ngDNA作为模板,用荧光定量PCR试剂盒(QuantiTectTM SYBR Green PCR kit由德国Qiagen公司提供)进行定量PCR反应,扩增所用的上游引物为5’GCTTCTATAACTAGCAACGT 3’;下游引物为:5’CTTCTGGCAAGATATTCTGA 3’,反应条件为95℃,15分钟预变性,然后按下列条件循环40次:95℃反应45秒、50℃反应45秒、72℃反应30秒,再进行72℃反应3分钟,在进行反应的同时,运用定量PCR仪检测细胞内伤寒杆菌基因组DNA的含量,选取细胞内伤寒杆菌基因组DNA含量较少的一组,该组即为能抑制伤寒杆菌侵入人体细胞的RNA适配子。

    上述细胞裂解液为:25ml双蒸水中加入250μl的1mol/LTris-Cl,500μl的0.5mol/LEDTA,2.5ml的10%硫酸十二烷酸钠(SDS),1ml的1mol/LDTT,0.25ml的20g/L蛋白酶K。

    上述酚、氯仿抽提液为:将25ml的酚,24ml的氯仿,1ml异戊醇混合。

                              SEQUENCE LISTING

    <110>武汉大学

    <120>能抑制伤寒杆菌侵入人体细胞的RNA适配子及其制备方法

    <130>能抑制伤寒杆菌侵入人体细胞的RNA适配子及其制备方法

    <160>1

    <170>PatentIn version 3.1

    <210>1

    <211>65

    <212>RNA

    <213>Salmonella typhi

    <400>1

    gggaacaguc cgagccucac uguuauccga uagcagcgcg ggaugagggu caaugcguca    60

    uagga                                                                65

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本发明公开了一种能抑制伤寒杆菌侵入人体细胞的RNA适配子,涉及微生物感染免疫和检验,以及SELEX技术。该RNA适配子为预防和治疗伤寒杆菌肠热症提供了新型的拮抗剂,为克服临床上伤寒感染治疗出现的日益严重的耐药问题,提供了新的解决途径。本发明还公开了制备上述RNA适配子的方法,该方法通过制备和纯化IVB型纤毛结构融合蛋白琼脂糖4B、随机单链DNA文库的构建、合成双链DNA文库、PCR扩增、RNA文库。

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