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噬菌体展示系统介绍

一.噬菌体展示技术的原理

 

噬菌体展示技术是将多肽或蛋白质的编码基因或目的基因片段克隆入噬菌体外壳蛋白结构基因的适当位置,在阅读框正确且不影响其他外壳蛋白正常功能的情况下,使外源多肽或蛋白与外壳蛋白融合表达,融合蛋白随子代噬菌体的重新组装而展示在噬菌体表面。被展示的多肽或蛋白可以保持相对独立的空间结构和生物活性,以利于靶分子的识别和结合。肽库与固相上的靶蛋白分子经过一定时间孵育后,洗去未结合的游离噬菌体,然后以竞争受体或酸洗脱下与靶分子结合吸附的噬菌体,洗脱的噬菌体感染宿主细胞后经繁殖扩增,进行下一轮洗脱,经过3轮-5轮的“吸附-洗脱-扩增”后,与靶分子特异结合的噬菌体得到高度富集。所得的噬菌体制剂可用来做进一步富集有期望结合特性的目标噬菌体。

 

二.常用的噬菌体展示系统-单链丝状噬菌体展示系统

 

1)PIII展示系统

丝状噬菌体是单链DNA病毒,PI是病毒的次要外壳蛋白,位于病毒颗粒的尾端,是噬菌体感染大肠埃希菌所必须的。每个病毒颗粒都有3个-5个拷贝PI蛋白,其在结构上可分为N1、N2和CT 3个功能区域,这3个功能区域由两段富含甘氨酸的连接肽G1和G2连接。其中,N1和N2与噬菌体吸附大肠埃希菌菌毛及穿透细胞膜有关,而CT构成噬菌体外壳蛋白结构的一部分,并将整个PI蛋白的C端结构域锚定于噬菌体的一端。PII有2个位点可供外源序列插入,当外源的多肽或蛋白质融合于PI蛋白的信号肽(SgII)和N1之间时,该系统保留了完整的PI蛋白,噬菌体仍有感染性;但若外源多肽或蛋白直接与PI蛋白的CT结构域相连,则噬菌体丧失感染性,这时重组噬菌体的感染性由辅助噬菌体表达的完整PI蛋白来提供。PI蛋白很容易被蛋白水解酶水解,所以有辅助噬菌体超感染时,可以使每个噬菌体平均展示不到一个融合蛋白,即所谓“单价”噬菌体。

2)PVIII展示系统

PVI是丝状噬菌体的主要外壳蛋白,位于噬菌体外侧,C端与DNA结合,N端伸出噬菌体外,每个病毒颗粒有2700个左右PV拷贝。PVM的N端附近可融合五肽,但不能融合更长的肽链,因为较大的多肽或蛋白会造成空间障碍,影响噬菌体装配,使其失去感染力。但有辅助噬菌体参与时,可提供野生型PVI蛋白,降低价数,此时可融合多肽甚至抗体片段。此外,尚有丝状噬菌体PVI展示系统的研究报道。PVI蛋白的C端暴露于噬菌体表面,可以作为外源蛋白的融合位点,可以用于研究外源蛋白C端结构区域功能。

 

三.PIII和PVIII的区别

 

丝状噬菌体展示系统一般是在包膜蛋白pIII或pVIII的N端融合外源多肽。每个病毒子含5个拷贝的pIII蛋白,这五个蛋白都可以融合短肽而不影响噬菌体的感染力。而对主要包膜蛋白pVIII来说,每个病毒子含约2700个拷贝之多,其中约10%能有效地融合外源多肽或蛋白。以pIII融合子方式表达的多肽便是低价的(每个病毒子1~5个拷贝),而以pVIII融合子方式表达的多肽则是高价的(每个病毒子~200个拷贝)。这种高价pVIII展示所增加的亲和力/性有利于筛选到亲和力非常低的配体,而低价pIII展示则将筛选限制在具有较高亲和力的配体上。

 

四.M13噬菌体的优点

 

M13噬菌体和与其密切相关的丝状噬菌体fd和f1均为非裂解性噬菌体,它们在增殖期间均不裂解宿主菌。这就极大地简化了每轮淘选过程之间的中间噬菌体纯化步骤,只用简单的PEG沉淀方法就足以将噬菌体与其他所有污染的细胞蛋白分开。而其他用于噬菌体展示的噬菌体,如T7,T4和Lambda噬菌体,均为裂解性噬菌体,每轮淘选之间都需要花时间进行纯化,以避免淘选扩增的噬菌体污染有细胞蛋白。

 

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