非洲豬瘟病毒結(jié)構(gòu)蛋白p54的優(yōu)化表達(dá)及間接ELISA抗體檢測(cè)方法的建立

張皓淳

摘? 要：為了實(shí)現(xiàn)非洲豬瘟病毒（African swine fever virus，ASFV）p54基因在大腸桿菌中的高效表達(dá)，同時(shí)建立以ASFV-p54重組蛋白為抗原的間接ELISA抗體檢測(cè)方法，本試驗(yàn)根據(jù)GenBank（序列號(hào)：NC_044943.1）公布的ASFV p54的基因序列，設(shè)計(jì)一對(duì)特異性引物，擴(kuò)增構(gòu)建pGEX-6P-1-p54原核表達(dá)質(zhì)粒，在大腸桿菌BL21（DE3）菌株中進(jìn)行復(fù)制，經(jīng)IPTG誘導(dǎo)表達(dá)，對(duì)重組蛋白利用SDS-PAGE分析和免疫印跡鑒定正確后，進(jìn)行表達(dá)條件優(yōu)化，并純化重組蛋白。隨后用ASFV-p54重組蛋白為包被抗原，通過(guò)條件優(yōu)化、特異性試驗(yàn)、敏感性試驗(yàn)和重復(fù)性試驗(yàn)，建立一種穩(wěn)定的血清ASFV抗體檢測(cè)方法。結(jié)果顯示，ASFV p54基因成功克隆到pGEX-6P-1原核表達(dá)載體中，得到pGEX-6P-1-p54原核表達(dá)質(zhì)粒;轉(zhuǎn)化E. coli菌株BL21（DE3）中，經(jīng)誘導(dǎo)表達(dá)得到重組蛋白，大小為46 kDa;成功建立測(cè)定ASFV抗體的間接ELISA方法，優(yōu)化后確定最佳包被濃度為1.2 μg/mL，待檢血清最佳稀釋倍數(shù)1∶100，最佳封閉液為1% BSA，酶標(biāo)抗體最佳稀釋度為1∶ 4 000，經(jīng)驗(yàn)證此方法具有良好的特異性、靈敏度和重復(fù)性，可初步應(yīng)用于ASFV抗體的檢測(cè)。

關(guān)鍵詞：非洲豬瘟病毒;p54基因;重組蛋白;原核表達(dá);間接ELISA

中圖分類號(hào)：S816 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1001-0769（2022）02-0035-08

非洲豬瘟（African swine fever，ASF）是因?yàn)榉侵挢i瘟病毒（African swine fever virus，ASFV）所導(dǎo)致的家豬、野豬等相關(guān)動(dòng)物品種所產(chǎn)生的一類熱性、高度接觸性的出血性傳染病，臨床主要以高熱、淋巴結(jié)及臟器嚴(yán)重出血作為特征，具有較高的接觸傳染性，不同品種和年齡段的豬均可感染，發(fā)病率和死亡率較高，感染ASFV強(qiáng)毒株后致死率可高達(dá)100%[1]。ASFV首次在非洲肯尼亞地區(qū)發(fā)現(xiàn)，2007年擴(kuò)散到亞美尼亞等地，隨后在北歐各國(guó)相繼發(fā)生[2]。我國(guó)首例病例于2018年10月發(fā)生在遼寧省沈陽(yáng)市沈北新區(qū)，之后在國(guó)內(nèi)各地區(qū)廣泛暴發(fā)和流行，嚴(yán)重影響了我國(guó)的養(yǎng)豬業(yè)，目前已被農(nóng)業(yè)農(nóng)村部列為一類動(dòng)物疫病[3]?，F(xiàn)階段市場(chǎng)上流行的ASF疫苗尚未經(jīng)過(guò)政府相關(guān)部門的認(rèn)可，且保護(hù)率還有待提高，因此對(duì)ASF的疫病防控應(yīng)及時(shí)采取早期預(yù)防、及時(shí)撲殺和阻斷傳播等有效方式[4]。所以，確立靈敏度高的測(cè)定手段是該病的重要預(yù)防和控制方案之一。作為非洲豬瘟病毒科非洲豬瘟病毒屬唯一的病毒種類，ASFV的直徑為175 nm～215 nm，是一種二十面體帶囊膜的雙鏈DNA病毒。該病毒的遺傳物質(zhì)大小介于170 kb～190 kb，其中含有151個(gè)開(kāi)放閱讀框，遺傳物質(zhì)可以編碼150～200個(gè)蛋白[5-7]。本研究通過(guò)構(gòu)建重組原核質(zhì)粒pGEX-6P-1-p54，進(jìn)行原核表達(dá)，優(yōu)化表達(dá)條件，確立測(cè)定ASFV抗體的間接ELISA方法，為深入探究ASFV測(cè)定試劑盒打下夯實(shí)的基礎(chǔ)。

1? 材料與方法

1.1? 主要試劑

限制性內(nèi)切酶均購(gòu)自中國(guó)大連寶生物試劑有限公司，GST標(biāo)簽蛋白純化試劑盒購(gòu)自美國(guó)Clontech公司，BCA蛋白濃度測(cè)定試劑盒購(gòu)自美國(guó)Sigma公司，GSH-瓊脂糖凝膠預(yù)裝柱購(gòu)自生工生物工程（上海）股份有限公司，HRP標(biāo)記的山羊抗豬IgG、山羊抗兔IgG均購(gòu)自英國(guó)Abcam公司，pGEX-6P-1原核表達(dá)載體由錦州醫(yī)科大學(xué)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中心提供和保存，ASFV-p54基因質(zhì)粒、非洲豬瘟陰性和陽(yáng)性血清、豬瘟病毒、豬繁殖與呼吸綜合征病毒、豬口蹄疫病毒、豬偽狂犬病病毒、豬圓環(huán)病毒陽(yáng)性血清均由國(guó)家外來(lái)動(dòng)物疫病研究中心提供和保存。

1.2 引物的設(shè)計(jì)與合成

根據(jù)GenBank（序列號(hào)：NC_044943.1）公布的ASFV p54的基因序列設(shè)計(jì)1對(duì)特異性引物，上游引物p54-F序列：5′-CATATGATGGATTCTGAATTTTTTCA-3′，下游引物p54-R序列：5′-AAGCTTTTACAAGGAGTTTTCTAGGT-3′，擴(kuò)增片段大小為552 bp。為了方便構(gòu)建質(zhì)粒，給引物添加相應(yīng)的酶切位點(diǎn)（BamHI，XhoI），引物由上海生工合成。

1.3 ASFV-p54重組質(zhì)粒的構(gòu)建

以ASFV-p54基因質(zhì)粒為模板進(jìn)行PCR擴(kuò)增。PCR擴(kuò)增產(chǎn)物使用1%的瓊脂糖凝膠電泳進(jìn)行鑒定。目的片段用DNA凝膠回收與純化試劑盒（TaKaRa）進(jìn)行回收純化。將回收純化的目的基因片段與相同酶切位點(diǎn)酶切回收的pGEX-6P-1載體在16 ℃下連接過(guò)夜，連接產(chǎn)物轉(zhuǎn)化DH5α感受態(tài)細(xì)胞，涂于LB瓊脂平板上（含80 μg/mL氨芐西林），37 ℃下恒溫過(guò)夜培養(yǎng)。次日，選擇長(zhǎng)勢(shì)狀態(tài)良好的單個(gè)菌落，將其接種到5 mL的LB液體培養(yǎng)基中（該培養(yǎng)基含有濃度為80 μg/mL的氨芐西林），37 ℃ 170 r/min培養(yǎng)至對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期，菌液PCR和雙酶切鑒定正確后，送去測(cè)序。PCR反應(yīng)體系如下（25 μL）：ddHO 19.75 μL，10×PCR Buffer 2.5 μL，dNTP Mixture（10 mmol/L）? ? 1.0 μL，引物（10 μmol/L） 0.5 μL，ExTaq? ? ? 0.25 μL，cDNA 1.0 μL。其相關(guān)條件參數(shù)設(shè)置為：95 ℃ 2 min;95 ℃ 20 s，55 ℃ 20 s，72 ℃ 15 s，30個(gè)循環(huán)，72 ℃ 10 min。

1.4 重組質(zhì)粒的誘導(dǎo)表達(dá)

將連接產(chǎn)物pGEX-6P-1均勻涂于LB瓊脂平板上（含80 μg/mL氨芐西林），37 ℃過(guò)夜培養(yǎng)。次日，選取長(zhǎng)勢(shì)狀態(tài)良好的單個(gè)菌落，將其接種到5 mL的LB液體培養(yǎng)基（含100 μg/mL氨芐西林）中，37 ℃，200 r/min至OD600 nm為0.5時(shí)，加入異丙基-β-D-硫代半乳糖苷（isopropyl-β-D-thiogalactoside，IPTG）誘導(dǎo)表達(dá)，之后繼續(xù)振搖培養(yǎng)數(shù)小時(shí)后收菌（初步誘導(dǎo)表達(dá)條件為：IPTG至終濃度 1.0 mmol/L、30 ℃、220 r/min震蕩6 h后收菌[7]）。

1.5 誘導(dǎo)表達(dá)條件的優(yōu)化

將目的蛋白誘導(dǎo)的三個(gè)重要條件進(jìn)行優(yōu)化，將溫度（20 ℃、24 ℃、28 ℃、30 ℃、35 ℃）、IPTG終濃度（0、0.1 mmol/L、0.2 mmol/L、0.4 mmol/L、0.6 mmol/L、0.8 mmol/L、1.0 mmol/L、2.0 mmol/L）、誘導(dǎo)時(shí)間（0、2 h、4 h、6 h、8 h、12 h）設(shè)置梯度，聚丙烯酰胺凝膠電泳（sodium dodecyl sulfate-polyacrylamide gellectrohoresis，SDS-PAGE）分析，通過(guò)灰度掃描，最終確定誘導(dǎo)表達(dá)的最佳條件。

1.6 重組蛋白的收集純化

收集誘導(dǎo)后的菌液，5 000 r/min下離心20 min，棄盡上清，依據(jù)菌液沉淀量加入適量磷酸緩沖液。經(jīng)超聲波破碎（一次超聲10 s，間歇10 s，直至溶液澄清）后，放入低溫超速離心機(jī)中離心，12 000 r/min，4 ℃，30 min，收集上清液于4 ℃下保存。使用還原性谷胱甘肽瓊脂糖凝膠預(yù)裝柱對(duì)收集的上清液進(jìn)行蛋白純化，用BCA法測(cè)定蛋白含量。

1.7 SDS-PAGE與免疫印跡檢測(cè)

將純化蛋白進(jìn)行SDS-PAGE電泳，經(jīng)考馬斯亮藍(lán)染色后觀察分析，同時(shí)將重組蛋白轉(zhuǎn)移到PVDF膜上，4 ℃過(guò)夜封閉，使用ASFV陽(yáng)性血清為一抗，HRP標(biāo)記的兔抗豬IgG與山羊抗兔IgG為二抗分別進(jìn)行雜交1 h，最后ECL顯色。

1.8 建立間接ELISA方法

1.8.1 確定重組蛋白最佳包被濃度和血清最佳稀釋倍數(shù)

使用方陣滴定試驗(yàn)明確最好的反應(yīng)環(huán)境條件，將純化后的重組蛋白的濃度調(diào)整到? ?38.4 μg/mL、19.2 μg/mL、9.6 μg/mL、? ? ?4.8 μg/mL、2.4 μg/mL、1.2 μg/mL、? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 0.6 μg/mL，包被96孔板，100 μL/孔，4 ℃過(guò)夜。每孔加入200 μL封閉液，37 ℃下孵育1 h。ASFV陽(yáng)性血清和陰性血清為一抗，分別稀釋到1∶25、1∶50、1∶100、1∶200，100 μL/孔，37 ℃下孵育1 h。HRP標(biāo)記的山羊抗豬IgG為二抗，100 μL/孔，37 ℃孵育? 1 h。加入TMB顯色液，100 μL/孔，37 ℃孵育10 min，之后加入顯色終止液，酶標(biāo)儀上機(jī)讀數(shù)，根據(jù)P/N值確定最佳包被濃度和血清最佳稀釋倍數(shù)。

1.8.2 特異性試驗(yàn)

選取豬瘟病毒、豬繁殖與呼吸綜合征病毒、豬口蹄疫病毒、豬偽狂犬病病毒、豬圓環(huán)病毒的陽(yáng)性血清，每個(gè)10份，并設(shè)定ASFV陽(yáng)性血清和相關(guān)的陰性對(duì)照，使用已經(jīng)優(yōu)化的條件進(jìn)行間接ELISA檢測(cè)。

1.8.3 靈敏度試驗(yàn)

將ASFV陽(yáng)性血清依照1∶25、1∶50、1∶100、1∶200、1∶400、1∶800、1∶ 1 600、1∶3 200、1∶6 400的要求進(jìn)行調(diào)整，使用優(yōu)化后的條件對(duì)其進(jìn)行間接ELISA測(cè)定，明確陽(yáng)性血清需要稀釋的最大數(shù)值。

1.8.4 重復(fù)性試驗(yàn)

組內(nèi)重復(fù)性試驗(yàn)：用同一次包被的96孔板檢測(cè)ASFV血清10份，每份做5個(gè)復(fù)孔;組間重復(fù)性試驗(yàn)：用5次包被的96孔板檢測(cè)ASFV血清10份。

2? 結(jié)果與分析

2.1 重組質(zhì)粒的構(gòu)建

利用設(shè)計(jì)的引物成功擴(kuò)增AFSV p54基因，經(jīng)瓊脂糖凝膠電泳檢測(cè)，得到522 bp長(zhǎng)度的目的片段（圖1），與設(shè)計(jì)結(jié)果一致。將目的基因連接至pGEX-6P-1原核表達(dá)質(zhì)粒，得到pGEX-6P-1-p54質(zhì)粒，經(jīng)BamHI、XhoI雙酶切鑒定（圖2）及測(cè)序結(jié)果，顯示pGEX-6P-1-p54重組質(zhì)粒構(gòu)建成功。

2.2 重組質(zhì)粒的誘導(dǎo)表達(dá)

將重組質(zhì)粒與pGEX-6P-1空載體分別進(jìn)行轉(zhuǎn)化試驗(yàn)，在大腸桿菌BL21中進(jìn)行誘導(dǎo)表達(dá)，同時(shí)用未誘導(dǎo)菌作為陰性對(duì)照組，SDS-PAGE分析蛋白表達(dá)水平。結(jié)果顯示，pGEX-6P-1空載體表達(dá)GST標(biāo)簽為26 kDa，與GST標(biāo)簽重組的蛋白分子量約為46 kDa，與理論值一致（圖3）。

2.3 表達(dá)條件的優(yōu)化確定

將目的蛋白誘導(dǎo)的溫度、IPTG終濃度、誘導(dǎo)時(shí)間三個(gè)條件進(jìn)行優(yōu)化，經(jīng)SDS-PAGE分析，結(jié)果表明當(dāng)誘導(dǎo)溫度為30 ℃，IPTG濃度為0.8 mmol/L、離心速度為220 r/min、反應(yīng)時(shí)間為8 h時(shí)，表達(dá)量最大（圖4、圖5、圖6）。

2.4 免疫印跡檢測(cè)重組蛋白

在試驗(yàn)中，分別用GST標(biāo)簽抗體和ASFV陽(yáng)性血清為一抗，對(duì)重組蛋白進(jìn)行免疫印跡分析。結(jié)果顯示，優(yōu)化后的重組蛋白與GST抗體和ASFV陽(yáng)性血清均發(fā)生特異性反應(yīng)，在46 kDa處均有明顯特異性條帶（圖7、圖8），兩次結(jié)果與SDS-PAGE分析結(jié)果和蛋白分子量計(jì)算值一致。

2.5 間接ELISA條件的確定

2.5.1 重組蛋白最佳包被濃度和血清最佳稀釋倍數(shù)

將上述已經(jīng)純化好的重組蛋白按照38.4 μg/mL、19.2 μg/mL、9.6 μg/mL、4.8 μg/mL、2.4 μg/mL、1.2 μg/mL、0.6 μg/mL的指標(biāo)進(jìn)行調(diào)整，ASFV陽(yáng)性血清和陰性血清為一抗，分別稀釋到1∶25、1∶50、1∶100、1∶200，結(jié)果如表1所示，抗原包被濃度最終需要調(diào)整到1.2 μg/mL，血清稀釋程度達(dá)到1∶100時(shí)該物質(zhì)的OD450 nm值接近于1，在這個(gè)過(guò)程中P/N值是高的，所以重組蛋白最好的包被濃度需要達(dá)到1.2 μg/mL，血清最佳稀釋倍數(shù)1∶100。根據(jù)OD450 nm的x值，被檢測(cè)樣本大于0.313可以評(píng)判為陽(yáng)性，低于這一數(shù)值可以評(píng)判為陰性。

2.5.2 特異性試驗(yàn)

用建立的ELISA方法分別以豬瘟病毒、豬繁殖與呼吸綜合征病毒、豬口蹄疫病毒、豬偽狂犬病病毒、豬圓環(huán)病毒的陽(yáng)性血清學(xué)為一抗，進(jìn)行對(duì)比測(cè)定，結(jié)果如圖9所示。六種病毒的血清OD值均低于0.313，檢測(cè)結(jié)果均為陰性，證明建立的ELISA方法具有良好的特異性。

2.5.3 特異性試驗(yàn)

將ASFV陽(yáng)性血清（原始濃度為38.4 μg/mL）按照1∶25、1∶50、1∶100、1∶200、1∶400、1∶800、1∶1 600、1∶ 3 200、1∶6 400的倍數(shù)進(jìn)行稀釋，采用優(yōu)化后的條件進(jìn)行間接ELISA檢測(cè)，其數(shù)據(jù)如圖10所示。由圖10可知，當(dāng)該病毒陽(yáng)性血清稀釋到1∶1 600時(shí)，OD值依然高于0.313，證明建立的ELISA方法具有較好的敏感性。

2.5.4 重復(fù)性試驗(yàn)

分別通過(guò)組內(nèi)重復(fù)性試驗(yàn)與組間重復(fù)性試驗(yàn)，結(jié)果如圖11所示，組內(nèi)變異系數(shù)與組間變異系數(shù)都小于10%，這證實(shí)所建立的ELISA方法具有比較可觀的重復(fù)性。

3? 討論

ASF屬于一類熱性、出血性傳染病，臨床主要以高熱、淋巴結(jié)及臟器嚴(yán)重出血為特征，具有較高的接觸傳染性，所有品種和年齡段的豬均可感染，發(fā)病率和死亡率較高，ASFV強(qiáng)毒株的致死率可達(dá)100%，嚴(yán)重威脅全球養(yǎng)豬業(yè)。目前ASF尚無(wú)有效的預(yù)防和治療措施，所以規(guī)?；i場(chǎng)需要結(jié)合早期檢測(cè)和實(shí)時(shí)監(jiān)控等方法方能有效防控ASF[8]。ASF與經(jīng)典豬瘟、豬丹毒等疾病具有相似的臨床癥狀，在進(jìn)行鑒別診斷時(shí)，可以采用病毒分離、血清學(xué)檢測(cè)、免疫熒光法、免疫組化法以及核酸檢測(cè)等多種比較常見(jiàn)的方法，目前血清學(xué)檢測(cè)法已得到了廣泛的應(yīng)用，不僅所需成本低，而且具有較高的準(zhǔn)確性，便于操作處理，適用于大多數(shù)豬場(chǎng)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行診斷操作，所以建立一種靈敏度高且特異性強(qiáng)的ASFV血清學(xué)檢測(cè)方法有助于ASF的防控[9-11]。目前，在實(shí)驗(yàn)室常規(guī)的血清學(xué)診斷方法中，OIE首選ELISA方法作為診斷ASFV的血清學(xué)方法，該方法具有操作簡(jiǎn)便、特異性較好、靈敏度高的特點(diǎn)，對(duì)實(shí)驗(yàn)室的硬件和實(shí)驗(yàn)人員的操作水平要求較低，可同時(shí)檢測(cè)大批量樣本。

經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，ASFV表達(dá)的蛋白多達(dá)150余種，其中p30蛋白、p54蛋白、p72蛋白具備血清學(xué)診斷價(jià)值[12-14]。p54蛋白主要位于病毒的內(nèi)囊膜上，具有良好的免疫原性。同時(shí)，p54蛋白在病毒衣殼的運(yùn)輸和誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡方面發(fā)揮重要作用[15]。所以，重組蛋白p54可以作為良好的診斷抗原，用于ASFV感染中期或者后期的血清學(xué)診斷。

本研究主要參考了發(fā)布于GenBank上的從中國(guó)的發(fā)病豬上分離的ASFV p54基因序列，并優(yōu)化大腸桿菌密碼子，在全序列克隆基因之后，通過(guò)原核表達(dá)的方式，對(duì)可溶性重組蛋白GST-p54進(jìn)行表達(dá)，且該蛋白的反應(yīng)原性較佳。通過(guò)對(duì)p54蛋白原核表達(dá)體系的探索，建立了大量制備可溶性p54蛋白的體系，可用于后續(xù)的抗體制備、ELISA試劑的研制以及蛋白結(jié)晶的解析等，具有潛在的應(yīng)用研究和基礎(chǔ)研究?jī)r(jià)值。

本研究選擇的包被抗原——GST-p54重組蛋白，通過(guò)優(yōu)化反應(yīng)條件，構(gòu)建了ASFV抗體間接ELISA檢測(cè)方式。試驗(yàn)結(jié)果表明，此種方式具有良好的重復(fù)性與敏感性，而且特異性較佳，具有重要的研究意義。

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