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重组T7噬菌体生物学特性的研究

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动物医学进展。2014,35(1):36—40 Progress in Veterinary Medicine 重组T7噬菌体生物学特性的研究 王义伟,徐 海,陈 瑾,郑其升,侯继波 (江苏省农业科学院国家兽用生物制品工程技术研究中心,江苏南京210014) 摘 要:以大肠埃希茵BL21为宿主菌研究重组T7噬茵体生物学特性。将构建好的重组T7噬菌体扩 增纯化,分析其对pH、温度及离子浓度的敏感性,并将重组噬菌体与宿主菌以不同比例混合测定最佳感染 复数并绘制其一步生长曲线。结果表明,重组T7噬菌体的热稳定性较弱,在60。C时20 min效价明显下降, 在70℃时5 min内即会全部失活;pH 4~l1的范围内重组T7噬菌体均可稳定存在;培养基中Mg抖浓度为 10 mmol/L及Ca 浓度为5 mmol/L时最有利于噬斑的形成,出斑率提高了约20 ;重组噬菌体感染其宿 主大肠埃希茵的最佳感染复数为10一;其一步生长曲线的潜伏期约30 rain,裂解期约150 rain,裂解量为 126 pfu/cell。构建的重组T7噬茵体具有较强的裂解能力,潜伏期短,裂解量大,对理化因素稳定性好,为进 一步大规模、高效率制造口蹄疫表位疫苗提供了理论基础。 关键词:重组T7噬菌体;疫苗;生物学特性 中图分类号:R383.24 文献标识码:A 文章编号:1007—5038(2014)O1—0036—05 噬菌体多年来一直是生命科学中的研究热点。 主要是噬菌体易于培养,基因组小,易于基因操作, 故人们常常以噬菌体作为研究对象来阐明一些生命 现象的基本问题。但是,从现有发表文献资料来看, T7噬菌体大规模制备相关的研究较少,少量文献集 中于野生型T噬菌体的生物学特性研究,重组T7 噬菌体生物学特性尚未见报道。 本文所用重组噬菌体展示的是猪O型口蹄疫 病毒中和表位,命名为T7一VP1 。。。为了大规模、 式自动电热压力蒸汽高压锅为HIRAYAMA公司 产品;隔水式电热恒温培养箱为上海跃进医疗器械 厂产品。 1.2 方法 1.2.1 噬菌体的pH稳定性 噬菌体效价指噬菌 体的浓度,即每毫升样品含噬菌体的个数。通常是 在含敏感菌的平板上形成噬斑进行噬菌体的计数, 以每毫升中含有的噬斑形成单位(plaque forming u— nit/mL或pfu/mL)表示其效价。噬菌体的效价在 一高效率制造口蹄疫表位重组噬菌体疫苗,研究该重 组噬菌体的基本生物学特性是一项基础性研究工 作。本文对重组菌噬菌体的生物学特性研究,包括 热稳定性、pH稳定性、最佳感染复数和一步生长曲 定程度上反映了噬菌体的存活率,效价与存活率 参照余茂效等『】 方法进行,处理介质为10 g/L 蛋白胨溶液,用NaOH或HC1调节溶液的pH,pH 由pH电极测定。将pH分别为3、4、5、6、7、8、9、 10、11、12的蛋白胨溶液4.5 mL加入到内径一致的 成正比。 线等。 1材料与方法 1.1 材料 试管内,置于温度为37℃的水浴中,待温度完全平 衡后加入0.5 mL噬菌体悬液,起始效价为5.0× 10。pfu/mL,经2 h处理后用ddH2O做连续10倍稀 1.1.1 噬茵体与宿主 重组噬菌体T7一VP1 2。 。 由国家兽用生物制品工程技术研究中心实验室构建 保存;宿主细菌E.coli BL21为Novagen公司产品。 1.1.2主要生化试剂 酵母提取物、蛋白胨为OX— 释,分别取10 L加入到190 L宿主菌BL21中,双 层琼脂平板法测定噬菌体的效价。每个pH做3个 重复。噬菌体效价(pfu/mL)一稀释倍数×噬斑数 ×100。 OID公司产品;其他试剂均为进口或国产分析纯。 1.1.3 主要仪器设备 TDZ5一WS水平离心机; 1.2.2 噬茵体的热稳性试验 参照文献[2—3]的方 AIRTECH超净工作台;HICLAVETM HVE一5O座 收稿日期:2013—08—06 法,准备5只装有4.5 mL 10 g/L蛋白胨溶液 基金项目:江苏省农业自主创新基金项目Ecx(1O)216] 作者简介:王义伟(1987一),男,山东德州人,硕士,主要从事预防兽医学研究。*通讯作者 王义伟等:重组T7噬菌体生物学特性的研究 37 (pH 7.O)的试管放人不同温度的恒温水浴(4O、50、 菌体悬液,起始效价为4.2×10 pfu/mL,在5、10、 15、20 min取样,冷却至相同温度后,用ddH O适当 倍比稀释后,按双层琼脂平板法计数噬菌体,观察噬 箱中吸附5 min后10 000 r/rain离心30 S,弃去上 6 5 4 3 60、70、8O℃)中,待温度平衡后,分别加入0.5 mL噬 清;用新鲜的LB培养基洗涤2次,然后重悬沉淀于 + + + + O O 0 O O O O O O O 0 O E E E E 10 mL LB培养基中并充分混匀,迅速置于37℃摇 8 8 8 8 床中160 r/min培养,同时开始计时,在0 min及每 隔15 min取样5O L,10 000 r/min离心30 S,吸取 菌体效价的变化,试验重复3次。 1.2.3 噬菌体最佳感染复数的测定 感染复数 (multiplicity of infection,M0I)是指初始感染时加 上清用ddH O作倍比稀释后双层琼脂平板法测定 噬菌体效价。每个取样点做2个重复,取平均值,同 时设立单独培养噬菌体和单独培养宿主菌组做空白 对照。试验重复3次。最后以感染时间为横坐标, 噬菌体效价为纵坐标,绘制噬菌体的病毒特征性增 殖曲线,即为一步生长曲线,并计算出噬菌体的潜伏 期、裂解期和裂解量。 入噬菌体的数量与宿主菌数量的比值,也称感染倍 数l_4]。参照文献[5—6]的方法,取2 mL BL21菌液接 种于200 mL S0B培养基中,37℃、200 r/min摇床 培养4 h,此时细菌数约为1×10 cfu/mL,按照感染 复数分别为10~、1O一、1O一、1O一、10_“、1O_ 、 10_。、1O~、1O。和l0 的比例加人噬菌体,混匀, 37℃、200 r/min摇床培养4 h,10 000 r/min离心 5 min,取上清测定噬菌体效价。每一比值做2个重 复,结果取平均值,同时设空白对照,产生最高噬菌 体效价的样品对应的MOI为最佳感染复数。 1.2.4 Mg抖、Ca 对噬茵体效价的影响 参考文 2 结果 2.1重组噬菌体的pH稳定性 所有样品起始效价均为5.0×10。pfu/mL,经 37℃水浴2 h后取样测定效价,观察噬菌体效价的 变化。其中,pH为6的试管中,测得的噬菌体效价 为5.5×10。pfu/mL,在所有样品中最高;pH为3 和12的试管中,测得的噬菌体效价为0;其他pH的 献[7—8],在底层琼脂和顶层琼脂中加入Mg抖,使终 浓度分别为5、10、15、20、25、30、40 mmol/L,稀释噬 试管中噬菌体的效价与起始效价相比,没有明显的 变化,始终维持在同一数量级上。 结果表明,重组T7噬菌体在pH 4~pH 11时 噬菌体比较稳定,说明噬菌体对pH的适应范围比 较广泛。pH小于4或大于11时,噬菌体的数目迅 速下降;该噬菌体在pH 6左右时最稳定,存活率最 菌体悬液到10。pfu/mL,然后取0.1 mL加入 0.2 mL宿主菌中,双层琼脂平板法测定出斑情况。 同时设不加Mg。 的空白对照。Ca 方法同上。试 验重复3次。 1.2.5 噬茵体一步生长试验参照文献[9],在宿 高。所以其最适pH为6。pH对该噬菌体的影响 见 图1。 主菌液中加入MOI一10的噬菌体悬液,37℃恒温 詈董 j鼻}皇 捆 镡 3 4 pH 图1噬菌体的pH稳定性 Fig.1 Determination of bacteriophage pH 2.2重组噬菌体的热稳性试验 2.3 重组噬菌体的最佳感染复数 噬菌体经不同温度处理不同时间后,其效价不 重组噬菌体T7一VP1 。¨ 。最佳感染复数结果如 图3所示。感染复数为10时,噬菌体感染宿主菌 后产生子代噬菌体的效价最低,随着感染复数的降 低,噬菌体的效价越来越高,当感染复数为0.000 01 时,噬菌体的效价达到9.3×10¨pfu/mL,在10个 同。温度越高,处理时间越长,噬菌体效价越低。在 40℃和50℃时噬菌体的活性相对稳定;在6O℃ 时,随着处理时间的延长,噬菌体的效价下降很多; 在70℃和8O℃时,5 min内噬菌体即全部失活。 因此,重组T7噬菌体对高温敏感,抗热能力较弱。 温度对该噬菌体的影响见图2。 感染复数中效价最高,因此可以确定噬菌体的最佳 MOI为0.000 01。 38 动物医学进展2014年第35卷第1期(总第247期) 5.o0E+lO -◆_40℃+50℃+6O℃*70℃ 80℃ 8 。 盖骞 暑 3.00E+10 柏 加 ∞ ∞∞ …霎l_00E+10 O lO l5 2O 时间/min Time 图2 噬菌体热稳定性的测定结果 Fig.2 The determination results of phage thermostablility 1.OlE+12 f、 茎 誊 1.0E+01 1.0E+00 1.0E-01 1.0E一02 1.0E-03 1.OE-04 1.0E-05 1.0E-06 1.0E-07 1.0E-08 感染复数 Multiplicity ofinfection(MOI) 图3 噬菌体最佳感染复数的测定 Fig.3 Determination of optimal multiplicity of infection of phage 2.4 Mg抖、Ca。 对噬菌体效价的影响 将不同浓度的Mg抖、Ca抖加入培养基中,对噬 菌体的存活率均产生较大影响,效价影响率以加入 离子浓度为0 mmol/L时记作100 ,随着离子浓度 10 mmol/L及Ca。 浓度为5 mmol/L时噬菌体效价 最高,随着离子浓度的进一步升高,噬菌体的效价出 现了明显的下降。总的来说,钙镁离子的添加对于 噬斑的形成还是有一定的促进作用,结果如图4所 的增加,噬菌体的效价逐步增大,在Mg 浓度为 示。 撰 魍 智 离子浓] ̄/mmol/L Ion concen缸atiOn 图4 离子浓度与噬菌体产斑的关系 Fig.4 Relationship between ion concentration on plaque formation 2.5重组噬菌体的一步生长试验 离心洗涤的过程中除去掉,因此可以认为最终得到 的宿主菌初始浓度即为3.8×10 cfu/mL。不同时 在总量为1.9×10 cfu的宿主菌中按照MOI 一10加入噬菌体,37℃温育15 min后离心、洗涤。 用5 mL LB培养基重悬沉淀,则培养基中宿主菌 BL21的初始浓度为3.8×10。cfu/mL,在此过程 间段连续取样测定噬菌体效价,得到其一步生长曲 线,如图可知,重组噬菌体T7一VP1 ¨ 。感染宿主菌 的潜伏时间约为30 min,暴发时间约为150 min,结 合裂解量计算公式:裂解量一裂解末期噬菌体效价/ 感染初期宿主菌浓度,计算得出其裂解量为 中,由于接种的感染复数很高,所有的宿主菌都会被 噬菌体所吸附感染,而那些未吸附的噬菌体则会在 王义伟等:重组T7噬菌体生物学特性的研究 39 126 pfu/cell(图5)。 1.0OE+12 ‘昌 1.OOE+10 囊 1.OOE+O9 嚣 1.OOE+O8 0 30 60 90 120 150 180 210 町l甘J/rainTime 图5 噬菌体一步生长试验 Fig.5 The one—step growth curve Of phage T7一VP1 12o一16o 3 讨论 T7噬菌体是感染大肠埃希菌的小型烈性噬菌 体,直接分泌到培养液中。具有操作简便、复制周期 短、容易培养、生长迅速、系统稳定等优点m]。利用 其Ca抖,可提高噬菌体对宿主菌的吸附能力m ,有 稳定噬菌体一宿主菌系统的作用;Mg抖对噬菌体的 活性也有较大的影响,适量加入培养基可以提高噬 菌体的效价,并能使噬斑更易产生。本试验结果表 噬菌体展示技术将猪O型口蹄疫病毒中和表位展 示在噬菌体头部,构建重组噬菌体T7一VP1 ¨ 。,已 明Mg抖、Ca。 的加入,可使噬菌体效价提高2O%o2E 右,这与报道的结果是一致的,但是过高的离子浓度 经证明其具有良好的免疫学活性,因此,研究该重组 噬菌体的生物学特性,可以为大规模制备该噬菌体 提供理论依据。 温度和pH能够显著影响重组噬菌体T7一 VP1 。。 。的稳定性,在温度低于70℃时,其具有较 反而会抑制噬斑的形成,其原因一方面可能与噬菌 体的种类不同有关,另一方面,离子浓度过高时可能 影响了其宿主菌BL21的生长,间接导致了效价的 降低。 噬菌体为非细胞型微生物,其增殖方式表现为 强的耐受性,温度高于70℃时,5 min内噬菌体即 全部失活,受高温因素影响明显;该重组噬菌体最适 “一步生长”的特点。对于噬菌体来说,一步生长曲 线是极具代表性的特征,每种噬菌体都有其独特的 pH为6,pH适应范围为pH 4~pH 11,对一定范围 内的酸碱处理具有一定的耐受性,这些特点有利于 噬菌体疫苗的加工和生产,其不会因为温度或其他 理化因素的变化而失活…]。 感染复数是衡量病毒投入与产出之间量效关系 的一个重要生物学指标。以不同的感染复数接种相 同数量的宿主菌,所得到的子代噬菌体的最终产量 一步生长曲线,不同的噬菌体所表现出来的一步曲 线是有很大区别的。有人总结有尾噬菌体的潜伏期 从11 min到40 h,裂解量范围从2个~2 000个不 等 。测定的噬菌体一步生长曲线,可以实现在最 短的生产周期内达到最大化的收益,对于提高工业 生产效率具有重要意义。本试验测得T7一VP1 z s。 的潜伏时间约为3O min,裂解量为126 pfu/cen,表 会有所不同,其中存在一个最佳感染复数。不同噬 菌体的最佳感染复数不同,在一些研究诸如基因组 的提取,目的蛋白的浓缩纯化,以及噬菌体呈现技术 等等,需要制备大量的噬菌体,此删4定最佳感染 明该重组噬菌体的裂解能力是非常强的,有利于噬 菌体的规模制备。 参考文献: 口 [2]Shigen。b M,徐星等’多粘芽孢杆菌噬菌体的分离及特性的  ̄,1974,14(2)=216-223.复数对于经济高效的制备研究所需的噬菌体具有重 要的指导意义。本试验测得的噬菌体的最佳感染复 数为0.000 01,崔尹赡 等分离的一株假单胞菌属低温噬菌体最佳感染复数为0.1,Onanong P等 ] 等测得食窦魏斯氏菌噬菌体感染宿主菌的最佳感染 复数为0.Ol’与之柑比较,可知重组噬菌体T7_ Yasuda M,Ni hik h,。t。l_Experi ent l pr0tecti。 。f i 。 g inst leth l St。ph l。 …。… i f。 一 tion by novel bacteriophage MRllEJ].J Infect Dis,2003,187 ‘ ):613-624. [ 伟’韩剑一 ’等’ 冲热海一株栖热菌裂解性噬菌 201050(3)..322-327._4]体的分离及其特征口1,,WangP W,u L, ChGutc。mplet…—queandev. VP1120-1 60具有强大的裂解能力。 据报道,浓度在mmol/L水平h的二价离子尤 。luti。 a y g。 。mi 1y。i。。f th Pseud。 。 。 g 。 transD0sable baeteriophage D3112 rI].Bacterio1o 2004,186 40 (2):400—410. 动物医学进展2014年第35卷第1期(总第247期) n N T,Hu A,et a1.Genomic analysis of bacte— [11] Chang K C,Liriophage ABI,a KMV—like virus infecting multidrug—resistant E5]成靓,吴晓伟,胡琼之.理化因素及感染复数对噬菌体MS2 活性的影响EJ3.环境科学与管理,2012,37(1):140—142. [6]Gupta R,Prasad Y.Efficacy of polyvalent bacteriophage P一27/ HP to control multidrug resistant S£口p^ Z0c£cc“s aureus asso— Acinetobacter baumannii[J].Genomics,2011,97(4):249— 255. [12] 崔尹赡,易 萍,许忠福,等.一株假单胞菌属低温噬菌体的 ciated with human infection[J].Curr Microbiol,2011,62(1): 255—26O. 分离及其特性研究[J].中国微生态学杂志,2013,25(3):249— 253. 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Study on Biological Characteristics of Recombinant T7 Phage WANG Yi—wei,XU Hai,CHEN Jin,ZHENG Qi—sheng,HOU Ji—bo (National Research Center of Engineering and Technology for Veterinary Biologicals, Jiangsu Academy of Agricultural Sciences,Nanjing,Jiangsu,210014,China) Abstract:This paper investigated the biological properties of recombinant T7 phages based on E.coli BL2 1 as host strain.The physiological characteristics such as the optimal multiplicity of infection(MOI),the one—step growth curves and the sensitivity to pH,temperature and ionic concentration were tested after re— combinant T7 phages were amplified and purified.The results showed that the thermo—stability of recom— binant T7 phages was weak,the titer decreased obviously after heating at 60℃for 2O minutes and heating for 5 minutes at the temperature of 70。C could inactivate it completely.The phage had relatively high sta— bility between pH 4 to 1 1.The plaque formation of recombinant T7 phages was the best on the medium with addition of 10 mmol/L Mg and 5 mmol/L Ca 。the numbers of plaques were about 20 higher than that in the medium without Mg or Ca .The optimal MO1 was 10~.The one—step growth curve of the phage showed that the latent period and the rise period of the phage were about 3O min and 1 50 min,re— spectively,and the average burst size was about 126 pfu/cel1.Recombinant T7 phage has shorter incubation period,apparent burst size,good stability to physical and chemical factors.This study can provide a theoret— ical basis for further large—scale,high—efficiency manufacturing foot—and—mouth disease epitope vaccine. Key words:recombinant T7 phage;vaccine;biological characteristic 

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