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许多传统的抗生素具有毒副作用且能够诱导耐药菌株的产生,甚至出现了能够耐受几乎所有抗生素的“超级细菌”,致使一些抗生索疗效降低,甚至无效。世界卫生组织在1994年就已宣布,抗生素的使用将成为全世界医疗卫生的一个严重问题[l]。细菌耐药性的问题推动了人们寻求新型抗菌药物的决心。
抗菌肽(antimicrobial peptides,AMPs)是由生物体基因编码的一类具有抗菌活性的小分子多肽,是宿主先天性非特异性防御系统的重要组分[2,3],具有非特异性抗细菌、真菌、病毒等病原体作用[4,5],还有研究表明,抗菌肽无致畸作用且不易发生蓄积中毒。因此,抗菌肽成为最具开发前景的抗生素替代品。
蛔虫寄生在动物和人体富含细菌的肠道内,提示蛔虫有某种抗菌机制,近年来国外学者从其体内分离到cecropin类抗菌肽[2],显示有广谱的杀菌作用,抗菌谱主要包括革兰氏阴性菌和革兰氏阳性菌,对病毒、肿瘤细胞、原虫、真菌也有一定的抑制作用。而且耐高温,100℃加热仍能保持一定的活性。Lee等首先从猪小肠分离得到cecropin P1,含31个氨基酸,后来证实是由蛔虫(Ascaris suum)在抵抗微生物时分泌的。Pillai等(2005)利用cDNA差异显示技术对蛔虫(Ascarissuum)cDNA研究,测定了编码cecropin P1的基因序列,同时又发现了3个新的蛔虫抗菌肽基因,分别命名为cecropins P2、P3和P4,化学合成这些短肽,发现其有广谱抗菌活性,其中尤以cecropin Pl杀菌活性最强。
由于蛔虫是动物和人体内的寄生虫,获得大量的抗菌肽十分的困难,基因工程领域的飞速发展,为大量获得蛔虫抗菌肽提供了两全其美的方案。由于抗菌肽对工程菌有毒性,必须采用融合表达和酵母表达策略,近年来国内外对此研究取得了可喜的进展,多种来源的抗菌肽基因在大肠杆菌和酵母菌中表达成功,表达产物具有生物学活性,说明本研究路线是可行的。在本文中,我们期望通过分析以蛔虫为主的抗菌肽的分子结构,设计、合成一段多肽并使其在毕赤酵母表达系统中分泌表达,期望能够获得具有抗菌活性的转基因酵母菌株,获得大量有活性抗菌肽用于研究应用当中.初步探索蛔虫cecropin P1生物活性,为日后获得抗菌活性更高、抗菌谱更广的抗菌肽打下一定的基础。
目的应用基因工程和蛋白质工程技术研究蛔虫抗菌肽cecropinP1及其体内外抗菌活性,为重组抗菌肽cecropinP1的工程化生产以及公共卫生健康服务奠定基础。本研究通过基因工程获得cecropin P1抗菌肽希望给社会带来经济效益。
方法在毕赤酵母表达系统中表达蛔虫抗菌肽cecropin P1并检测其生物活性,根据毕赤酵母的密码子偏好性,人工设计并合成3条cecropin P1基因寡核苷酸片段,通过PCR扩增得到cecropin P1基因,构建重组载体pMD18-T-cecPl。双酶切pMD18-T-cecP1,将cecropin P1基因克隆到载体pPICZα-A信号序列α-因子之后,构建酵母分泌表达载体pPICZα-A-cecPI,用Sac I将其线性化后,采用电穿孔法进行转化毕赤酵母X-33,采用Zeocin抗性筛选阳性菌株并进行诱导表达,获得酵母分泌表达载体pPICZα-A-cecP1。获得的表达产物进行SDS-PAGE电泳、应用纸片法抑菌实验初步测定表达产物的抑菌活性,进一步测定表达产物的生物学活性。
结果 SDS-PAGE证实pPICZα-A-cecPl/X-33甲醇诱导产物的分子质量单位为6.3ku,表达产物对大肠埃希菌DH5α的生长有抑制作用。初步抑菌活性测定显示其对大肠杆菌DH5α、嗜酸乳杆菌、金黄色葡萄球菌、鼠伤寒沙门氏菌CMCC50222和志贺氏菌SDCDC563有明显的抑制作用,但对铜绿假单胞菌27853没有抑菌圈的产生。诱导表达上清液对骨髓瘤细胞SP2/O有明显的抑制生长作用,抑制率最大为74-845%,IC50为87.181μg/ml。对杜氏利什曼原虫也有明显的抑制生长作用抑制率最大为85.381%,IC5o为37.333μg/ml。
结论成功地利用基因工程在毕赤酵母X-33表达了抗菌肽cecropin P1,并初步对cecropin P1的生物学功能进行了鉴定,发现cecropin PI对一部分革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌都有抗菌活性,同时对部分肿瘤细胞和寄生虫也有抗菌活性。此研究对抗菌肽cecropin P1在医药卫生方面应用,打下了一定的基础。