董 青,王京森,李 新,王曉岑,李建華
(1. 吉林大學(xué)動(dòng)物醫(yī)學(xué)學(xué)院,吉林 長(zhǎng)春 130062 ; 2. 河南牧業(yè)經(jīng)濟(jì)學(xué)院動(dòng)物醫(yī)藥學(xué)院,河南 鄭州 450011)
雞球蟲(chóng)病是由艾美耳屬(Eimeria)的球蟲(chóng)寄生于雞腸道引起腸道炎癥、便血和產(chǎn)蛋率下降的寄生蟲(chóng)病[1],其中柔嫩艾美耳球蟲(chóng)(Eimeriatenella)的致病力最強(qiáng)[2-3]。免疫預(yù)防是防控柔嫩艾美耳球蟲(chóng)病的重要手段,其中基因工程疫苗是當(dāng)前研究的重要內(nèi)容之一。目前已報(bào)道的柔嫩艾美耳球蟲(chóng)保護(hù)性抗原有蟲(chóng)體表面抗原(如Et3-1E和EtSAG4[4]等)、微線蛋白(如EtMIC2和EtMIC3等)、棒狀體蛋白(如EtROP5和EtRON2等)以及配子體抗原(Etgam22[5]和Etgam59等)等。曹李琴[6]成功擴(kuò)增出柔嫩艾美耳球蟲(chóng)配子體Etgam22基因,該基因的開(kāi)放性閱讀框大小為597 bp,編碼198個(gè)氨基酸,蛋白大小約為22 kDa,通過(guò)生物信息學(xué)分析發(fā)現(xiàn)該基因編碼區(qū)存在4個(gè)抗原決定簇,且該蛋白具有無(wú)規(guī)則卷曲、轉(zhuǎn)角區(qū)域、折疊等二級(jí)結(jié)構(gòu),預(yù)示此蛋白免疫原性良好。目前使用的雞球蟲(chóng)保護(hù)性抗原表達(dá)系統(tǒng)有原核表達(dá)、真核表達(dá)和甲病毒復(fù)制子載體等,細(xì)菌、病毒以及改造后的雞球蟲(chóng)也可作為疫苗載體。甲病毒構(gòu)建的重組質(zhì)粒具有高效表達(dá)目的基因、引起Th1型細(xì)胞免疫反應(yīng)、在胞漿中表達(dá)目的蛋白之后便引發(fā)凋亡而被機(jī)體清理、安全性好等優(yōu)點(diǎn),已用于弓形蟲(chóng)、瘧原蟲(chóng)、柔嫩艾美耳球蟲(chóng)疫苗的研究。本試驗(yàn)選用Etgam22基因,構(gòu)建pSMART2b-Etgam22重組質(zhì)粒并表達(dá)該蛋白,通過(guò)動(dòng)物試驗(yàn)檢測(cè)其誘導(dǎo)雞體免疫應(yīng)答和抗柔嫩艾美耳球蟲(chóng)保護(hù)效果。
1.1 試驗(yàn)動(dòng)物 1日齡海蘭褐雛雞,購(gòu)自長(zhǎng)春市農(nóng)業(yè)科學(xué)院,飼養(yǎng)在無(wú)球蟲(chóng)環(huán)境中。
1.2 材料 柔嫩艾美耳球蟲(chóng)由本實(shí)驗(yàn)室保存,定期傳代復(fù)壯;甲病毒復(fù)制子載體pSMART2b和293T細(xì)胞保存于本實(shí)驗(yàn)室;DH5α感受態(tài)細(xì)胞、質(zhì)粒快速小提試劑盒,均購(gòu)自天根生化科技(北京)有限公司;Percoll,購(gòu)自GE公司;DL2 000 Marker、DL15 000 Marker、DNA膠回收試劑盒、反轉(zhuǎn)錄相關(guān)試劑、BamH Ⅰ和ClaⅠ限制性內(nèi)切酶、PrimeSTAR GXL DNA Polymerase等,均購(gòu)自TaKaRa公司;RIPA裂解液,購(gòu)自碧云天生物科技有限公司;無(wú)內(nèi)毒素質(zhì)粒小提試劑盒,購(gòu)自生工生物工程(上海)股份有限公司;ClonExpressII?One Step Cloning Kit,購(gòu)自諾唯贊生物科技股份有限公司;雞抗柔嫩艾美耳球蟲(chóng)陽(yáng)性血清為本實(shí)驗(yàn)室前期制備;胎牛血清和DMEM培養(yǎng)基,均購(gòu)自BI公司;IL-2和IFN-γ 細(xì)胞因子ELISA試劑盒,購(gòu)自上海酶聯(lián)生物科技有限公司。
1.3 柔嫩艾美耳球蟲(chóng)配子體收集
1.3.1 柔嫩艾美耳球蟲(chóng)孢子化卵囊的收集 從4 ℃冰箱中取出保存在2.5%重鉻酸鉀溶液中的孢子化卵囊,1 500 g離心10 min,棄掉上清,重復(fù)上述步驟3次;在沉淀中加入10% NaClO溶液,4 ℃中存放20 min殺菌,離心取沉淀加入PBS溶液,重復(fù)上述步驟3次,用一定體積PBS重懸蟲(chóng)體備用。
1.3.2 雞柔嫩艾美耳球蟲(chóng)配子體的分離和純化 配制SAC(1L)溶液(NaCl 9.85 g;CaCl20.55 g;葡萄糖 1.8 g;BSA 1 mg/mL;PMSF 0.17 g;Tris 1.21 g;透明質(zhì)酸酶 0.5 mg/mL)備用。將1日齡雛雞飼養(yǎng)在無(wú)球蟲(chóng)污染的環(huán)境中,于21日齡時(shí)接種1×104個(gè)孢子化卵囊,約132 h后剖殺雞只收集盲腸,剖開(kāi)盲腸后用4 ℃預(yù)冷的SAC溶液沖洗腸道,刮取腸黏膜并浸入SAC溶液中,于37 ℃恒溫?fù)u床消化1.5 h。然后分別用60目銅篩、260目網(wǎng)篩和17 μm孔徑的濾膜過(guò)濾去除組織碎片。將收集的濾液于3 500 g離心15 min,用PBS重懸蟲(chóng)體,重復(fù)洗滌離心2次[7]。用PBS重懸蟲(chóng)體并加入紅細(xì)胞裂解液,然后加入Percoll制成含有配子體的30% Percoll懸液,總體積為5 mL;取1支10 mL離心管,先向管底加入2 mL 50% Percoll分離液,再將含有配子體的30% Percoll懸液置于上層,3 500 g 水平離心10 min;將所得配子體沉淀用PBS反復(fù)洗滌5次,收集配子體沉淀保存于-20 ℃。
1.4 引物設(shè)計(jì)與合成 從NCBI數(shù)據(jù)庫(kù)中獲取柔嫩艾美耳球蟲(chóng)Etgam22基因序列(GenBank:KY887585.1),利用Oligo 7設(shè)計(jì)擴(kuò)增目的片段的引物,根據(jù)諾唯贊ClonExpressII?One Step Cloning Kit說(shuō)明書,在上、下游引物的5′端加入與插入載體兩端同源的序列(方框內(nèi)序列),便于用無(wú)縫克隆技術(shù)連接目的片段與載體。引物由吉林庫(kù)美生物公司合成,其序列為:上游引物(Forward primer):GCGTGGGTCTGGATCGGATCCGATGAGGACTATCCTAGCCACCC(BamH Ⅰ);下游引物(Reverse primer):CGGGCCCTAGGATGCATCGATGTTGATGTCGGTAAGCTGCTCTT(ClaⅠ)。
1.5 Etgam22基因的PCR擴(kuò)增 采用TRIzol法提取柔嫩艾美耳球蟲(chóng)配子體總RNA,取2 μg 總RNA用于反轉(zhuǎn)錄成cDNA,先加入Oligo(dT)引物1 μL,用H2O 補(bǔ)齊至總體積13 μL,65 ℃ 5 min,然后迅速冰浴2 min;再向上述體系中加入M-MLV 1 μL,RRI 1 μL,dNTP 1 μL,5×M-MLV Buffer 4 μL,于PCR儀中進(jìn)行反轉(zhuǎn)錄42 ℃ 1 h,70 ℃ 15 min,4 ℃保存。以獲得的cDNA為模板,按照如下反應(yīng)體系(50 μL)擴(kuò)增Etgam22基因:5×Buffer 10 μL,dNTP 4 μL,PrimeSTAR GXL Enzymes 1 μL,F(xiàn)orward primer 1 μL,Reverse primer 1 μL,cDNA 2 μL,ddH2O 31 μL。將PCR擴(kuò)增程序設(shè)置如下:98 ℃ 2 min;98 ℃ 10 s,55 ℃ 15 s,68 ℃ 40 s,共34個(gè)循環(huán);68 ℃再延伸5 min,4 ℃保存。將PCR產(chǎn)物用于凝膠電泳檢測(cè),并用膠回收試劑盒回收目的片段。
1.6 重組質(zhì)粒pSMART2b-Etgam22的構(gòu)建 用限制性內(nèi)切酶BamHⅠ和ClaⅠ對(duì)pSMART2b載體進(jìn)行雙酶切,膠回收線性化pSMART2b。按照ClonExpressII?One Step Cloning Kit說(shuō)明書,以無(wú)縫克隆方式將Etgam22基因與線性化pSMART2b載體進(jìn)行連接。然后將重組產(chǎn)物轉(zhuǎn)化至DH5α感受態(tài)細(xì)胞。篩選陽(yáng)性單克隆菌落后,將培養(yǎng)獲得的菌液提取質(zhì)粒并進(jìn)行PCR鑒定。委托吉林庫(kù)美生物公司對(duì)鑒定陽(yáng)性的質(zhì)粒進(jìn)行測(cè)序,對(duì)序列正確的菌種進(jìn)行保種。
1.7 重組質(zhì)粒pSMART2b-Etgam22的蛋白表達(dá)鑒定 利用無(wú)內(nèi)毒素質(zhì)粒提取試劑盒提取pSMART2b-Etgam22重組質(zhì)粒和pSMART2b空載體,用脂質(zhì)體法將兩種載體分別轉(zhuǎn)染至293T細(xì)胞,同時(shí)設(shè)置293T細(xì)胞空白對(duì)照。轉(zhuǎn)染24 h后用RIPA裂解液提取細(xì)胞總蛋白。SDS-PAGE電泳后進(jìn)行Western Blot,用雞抗柔嫩艾美耳球蟲(chóng)陽(yáng)性血清作為一抗,對(duì)pSMART2b-Etgam22融合蛋白進(jìn)行免疫反應(yīng)性分析。
1.8 雛雞抗體水平以及IFN-γ和IL-2細(xì)胞因子的檢測(cè) 選取7日齡雛雞隨機(jī)分為3組,分別為白對(duì)照組(陰性對(duì)照)、紅對(duì)照組(未免疫感染組)和pSMART2b-Etgam22免疫組。將pSMART2b-Etgam22以30 μg的劑量在7、14日齡和21日齡免疫雛雞。分別在未免疫前以及一免、二免、三免后7 d采血、收集血清,ELISA法檢測(cè)Etgam22抗體水平,利用商品化ELISA試劑盒檢測(cè)雞IFN-γ和IL-2分泌水平。
1.9 抗球蟲(chóng)免疫保護(hù)效果評(píng)價(jià) 在28日齡時(shí)對(duì)紅對(duì)照組、pSMART2b-Etgam22免疫組的每羽雞接種1×104個(gè)柔嫩艾美耳球蟲(chóng)孢子化卵囊。觀察死亡情況,攻蟲(chóng)1周后稱重并剖殺,檢測(cè)體重變化、卵囊數(shù)量、盲腸病變,計(jì)算存活率、增重率、卵囊值、盲腸病變計(jì)分,計(jì)算抗球蟲(chóng)指數(shù)(Anticoccidial index,ACI)=(存活率+相對(duì)增重率)-(卵囊值+病變值),分析其保護(hù)作用。
2.1 柔嫩艾美耳球蟲(chóng)gam22基因的克隆與重組質(zhì)粒pSMART2b-Etgam22的構(gòu)建 對(duì)PCR擴(kuò)增獲得的產(chǎn)物進(jìn)行瓊脂糖凝膠電泳分析,得到了1條長(zhǎng)度約597 bp的目的條帶,與Etgam22基因的預(yù)期片段大小一致(圖1A)。用無(wú)縫克隆技術(shù)連接的pSMART2b-Etgam22重組產(chǎn)物轉(zhuǎn)化至DH5α感受態(tài)細(xì)胞,對(duì)篩選到的陽(yáng)性菌液提取重組質(zhì)粒,經(jīng)瓊脂糖凝膠電泳分析,得到了1條大小約13 035 bp的目的條帶(圖1B)。將重組質(zhì)粒進(jìn)行PCR鑒定,經(jīng)瓊脂糖凝膠電泳可觀察到1條約597 bp的目的條帶(圖1C)。對(duì)PCR鑒定陽(yáng)性的質(zhì)粒進(jìn)行測(cè)序,經(jīng)BLAST分析發(fā)現(xiàn)載體上連接的目的條帶與GenBank中柔嫩艾美耳球蟲(chóng)gam22基因序列(KY887585.1)的同源性為100%,說(shuō)明重組質(zhì)粒pSMART2b-Etgam22構(gòu)建成功。
圖1 柔嫩艾美耳球蟲(chóng)Etgam 22基因的克隆與重組質(zhì)粒pSMART2b-Etgam22構(gòu)建Fig. 1 Cloning of E.tenella gam 22 gene and construction of recombinant plasmid pSMART2b-Etgam22A:Etgam22的PCR擴(kuò)增(M: DL-2 000 DNA相對(duì)分子質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn); 1:Etgam22基因PCR產(chǎn)物); B:pSMART2b-Etgam22的構(gòu)建(M: DL-15 000 DNA相對(duì)分子質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn); 1:重組質(zhì)粒pSMART2b-Etgam22); C:Etgam22的PCR鑒定(M: DL-2 000 DNA相對(duì)分子質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn); 1:重組質(zhì)粒pSMART2b-Etgam22的PCR鑒定)A:PCR amplification of Etgam22; B:Construction of pSMART2b-Etgam22; C:PCR identification of Etgam22
2.2 pSMART2b-Etgam22蛋白表達(dá)分析 收取細(xì)胞蛋白進(jìn)行SDS-PAGE電泳,發(fā)現(xiàn)重組質(zhì)粒pSMART2b-Etgam22轉(zhuǎn)染細(xì)胞樣品約在57kDa位置處有特異條帶,空載pSMART2b本身表達(dá)的蛋白約35kDa,而在57kDa處無(wú)條帶,說(shuō)明目的基因在293T細(xì)胞中得到了表達(dá)(圖2A)。進(jìn)行Western Blot分析,與293T細(xì)胞蛋白(Negative control)和轉(zhuǎn)染pSMART2b的293T細(xì)胞蛋白(pSMART2b)相比,pSMART2b-Etgam22轉(zhuǎn)染組細(xì)胞蛋白可在約57 kDa處觀察到1條被抗柔嫩艾美耳球蟲(chóng)陽(yáng)性血清識(shí)別的單一條帶(圖2B),與該融合蛋白的理論大小一致,說(shuō)明pSMART2b-Etgam22融合蛋白成功表達(dá),且具有良好的免疫反應(yīng)性。
圖2 pSMART2b-Etgam22轉(zhuǎn)染293T細(xì)胞后表達(dá)蛋白的分析Fig. 2 Analysis of the protein expression by pSMART2b-Etgam22 after transfection into 293T cellsA:考馬斯亮藍(lán)染色; B:Western BlotA:Coomassie brilliant blue staining; B:Western Blot (M:蛋白Marker; 1:pSMART2b-Etgam22; 2:pSMART2b; 3:293T細(xì)胞)
2.3 雛雞抗體水平和細(xì)胞因子水平檢測(cè) 每次免疫和攻蟲(chóng)前心臟采血收集血清,用ELISA法檢測(cè)雞體的抗體水平。結(jié)果顯示免疫前與一免后pSMART2b-Etgam22組與白對(duì)照組相比抗體水平差異不顯著(P>0.05),在二免和三免后隨著免疫次數(shù)的增加,pSMART2b-Etgam22組的抗體水平與白對(duì)照組相比顯著升高(P<0.01)(圖3)。
圖3 雞血清中抗體水平變化Fig.3 The changing antibody levels in chicken serum**:差異完全顯著,P<0.01;ns:差異不顯著,P>0.05;下圖同 **:Difference was completely significant,P<0.01; ns:No significant difference,P>0.05. The same as below
ELISA試劑盒檢測(cè)雞只IFN-γ和IL-2水平變化,結(jié)果顯示,在免疫前與一免后pSMART2b-Etgam22組與白對(duì)照組相比IFN-γ和IL-2水平差異不顯著(P>0.05),隨著免疫次數(shù)的增加,pSMART2b-Etgam22組免疫雞只的IFN-γ和IL-2水平與白對(duì)照組相比升高顯著(P<0.01)(圖4、圖5)。
圖4 雞血清中IFN-γ含量Fig. 4 The quantity of IFN-γ in chicken serum
圖5 雞血清中IL-2含量Fig. 5 The quantity of IL-2 in chicken serum
2.4 抗柔嫩艾美耳球蟲(chóng)的保護(hù)效果評(píng)價(jià) 與紅對(duì)照組相比,pSMART2b-Etgam22免疫組增重明顯(P<0.01),卵囊排出量顯著降低,卵囊數(shù)量減少率為68.05%,盲腸病變計(jì)分降低(表1),死亡率降低,相對(duì)增重率增高,病變值和卵囊值變低(表2)。綜合評(píng)價(jià)pSMART2b-Etgam22免疫組的抗球蟲(chóng)指數(shù)為165(表2),顯示良好的抗柔嫩艾美耳球蟲(chóng)免疫保護(hù)效果。
表1 重組質(zhì)粒pSMART2b-Etgam22抗柔嫩艾美耳球蟲(chóng)保護(hù)效果Table 1 The protective efficacy of recombinant plasmid pSMART2b-Etgam22 against E. tenella challenge infection
表2 重組質(zhì)粒pSMART2b-Etgam22抗柔嫩艾美耳球蟲(chóng)指數(shù)(ACI)Table 2 Anticoccidial index of recombinant plasmid pSMART2b-Etgam22 after E. tenella challenge infection
巨型艾美耳球蟲(chóng)(Eimeriamaixma)的配子體滅活抗原(主要為Emgam56、Emgam230和Emgam82)是商品化亞單位疫苗CoxAbic的主要抗原成分,該疫苗能顯著降低毒害艾美耳球蟲(chóng)、柔嫩艾美耳球蟲(chóng)和堆型艾美耳球蟲(chóng)的卵囊排出量[9]。目前雞球蟲(chóng)配子體抗原研究較少,只有少數(shù)幾種被發(fā)現(xiàn)并用于疫苗研究,如柔嫩艾美耳球蟲(chóng)Etgam56、Etgam59和Etgam22,毒害艾美耳球蟲(chóng)Engam22,堆型艾美爾球蟲(chóng)Eagam56,巨型艾美耳球蟲(chóng)Emgam56、Emgam82和Emgam230。這些抗原在這3種艾美耳球蟲(chóng)中同源且有許多共同點(diǎn),都具有較好的免疫保護(hù)原性[10]。張艷[11]選用巨型艾美耳球蟲(chóng)Emgam56基因制備DNA疫苗pcDNA-Emgam56,該疫苗能使感染雞只體重相對(duì)增重89.7%,卵囊排出量減少53.7%,說(shuō)明Emgam56具有較好的免疫原性,可對(duì)免疫雞只提供較好的免疫保護(hù)效果。劉悅等[12]發(fā)現(xiàn)柔嫩艾美耳球蟲(chóng)配子體Etgam56具有較好的抗原性和交叉性,可分別被柔嫩艾美耳球蟲(chóng)雞康復(fù)血清和毒害艾美耳球蟲(chóng)雞康復(fù)血清識(shí)別。Stefanie等[13]發(fā)現(xiàn)鼠源Etgam56單克隆抗體腹腔接種感染柔嫩艾美耳球蟲(chóng)的雞只后,可使卵囊減少率為78%,對(duì)該抗體識(shí)別的抗原決定部位(Etgam56的N端部分)進(jìn)行原核表達(dá),制備的重組蛋白疫苗不能為雞只提供有效的免疫保護(hù),這可能與抗原的構(gòu)象有關(guān)。朱玉蘭[14]對(duì)柔嫩艾美耳球蟲(chóng)Etgam59進(jìn)行原核表達(dá),制備重組蛋白疫苗進(jìn)行保護(hù)性研究,結(jié)果發(fā)現(xiàn)免疫組卵囊減少率為58.9%,該疫苗具有一定保護(hù)效果。堆型艾美耳球蟲(chóng)重組蛋白rEagam56和rEagam82及兩者的聯(lián)合免疫均能給雞只提供一定免疫保護(hù),疫苗組的ACI分別為148.24、143.92和148.74。
與gam56和gam82相似,gam22參與形成毒害艾美耳球蟲(chóng)和柔嫩艾美耳球蟲(chóng)等球蟲(chóng)的卵囊壁,具有成為免疫保護(hù)性抗原的潛力[15-16]。曹李琴[6]用原核表達(dá)系統(tǒng)表達(dá)柔嫩艾美耳球蟲(chóng)配子體Etgam22蛋白,制備疫苗后進(jìn)行動(dòng)物試驗(yàn),柔嫩艾美耳球蟲(chóng)的卵囊減少率為23.83%。Rafiqi等[5]同樣利用原核表達(dá)系統(tǒng)表達(dá)柔嫩艾美耳球蟲(chóng)Etgam22蛋白,以Montanide ISA 71 VG為佐劑制備重組蛋白疫苗,動(dòng)物試驗(yàn)表明該疫苗可使每克糞便卵囊數(shù)減少68.5%,總卵囊減少率為45.23%。用毒害艾美耳球蟲(chóng)重組配子體蛋白rEngam22與rEngam59聯(lián)合免疫雞只,發(fā)現(xiàn)免疫后的感染雞只相對(duì)增重率為97.02%,卵囊減少率為41.93%[17]。本試驗(yàn)采用的pSMART2b是基于塞姆利基森林病毒(Semliki forest virus,SFV)改造的DNA載體,具有高效率的真核表達(dá)調(diào)控元件等,如啟動(dòng)子人巨噬細(xì)胞病毒(Cytomegalovirus,CMV)[18]。鄧瑤等[19]比較了與傳統(tǒng) DNA 疫苗載體pcDNA3.1在轉(zhuǎn)染和蛋白表達(dá)效率方面的不同,結(jié)果發(fā)現(xiàn)在同等劑量以及同等情況下轉(zhuǎn)染細(xì)胞后,基于甲病毒衍生的載體表達(dá)量是 pcDNA3.1 載體的3倍左右,這表明了基于甲病毒衍生的復(fù)制型載體在基因工程苗應(yīng)用方面的優(yōu)勢(shì)。目前甲病毒復(fù)制子載體在寄生蟲(chóng) DNA疫苗方面的應(yīng)用還較少。朱剛[20]選擇甲病毒復(fù)制子載體和弓形蟲(chóng)表面膜蛋白 SAG3構(gòu)建重組質(zhì)粒pSMART2b-SAG3,分3次免疫小鼠并做攻蟲(chóng)試驗(yàn)。結(jié)果證明pSMART2b-SAG3可使免疫組小鼠存活率升高,對(duì)照組小鼠全部死亡,說(shuō)明重組質(zhì)粒對(duì)小鼠抗弓形蟲(chóng)感染可以產(chǎn)生一定的保護(hù)力。在雞球蟲(chóng)疫苗方面,祝濤[21]構(gòu)建了重組質(zhì)粒 pSMART2b-Rhomboid3并制備疫苗免疫雛雞,該疫苗的ACI 達(dá)到 184.22。本試驗(yàn)利用甲病毒表達(dá)系統(tǒng)來(lái)表達(dá)抗原基因Etgam22,結(jié)果顯示將pSMART2b-Etgam22免疫雛雞后可成功誘導(dǎo)雞體產(chǎn)生免疫應(yīng)答,動(dòng)物試驗(yàn)表明柔嫩艾美耳球蟲(chóng)卵囊排出量減少,減少率為68.05%,其抗球蟲(chóng)指數(shù)為165,具有一定抗球蟲(chóng)保護(hù)效果。提示該表達(dá)系統(tǒng)在雞球蟲(chóng)疫苗研制中具有較好的應(yīng)用潛力,在后續(xù)的工作中需要對(duì)免疫劑量、使用佐劑和免疫程序等方面進(jìn)行優(yōu)化,為進(jìn)一步制備雞球蟲(chóng)疫苗提供了科學(xué)依據(jù)。