猪胸膜肺炎放线杆菌亚单位疫苗蛋白ApxII在谷氨酸棒杆菌表达体系中的分子稳定性研究
批准号:
22078128
项目类别:
面上项目
资助金额:
63.0 万元
负责人:
刘秀霞
依托单位:
学科分类:
农业与食品化工
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
刘秀霞
中文摘要
受国家2020年饲料全面禁抗政策影响,推广猪胸膜肺炎放线杆菌(A. pleuropneumoniae)重组疫苗是当前预防猪胸膜肺炎且避免抗生素使用的有效方法。目前的大肠杆菌表达工艺中,因内毒素的问题导致纯化工艺复杂。谷氨酸棒杆菌具有无内毒素和较发达分泌系统的优点,是非常有潜力的重组细菌疫苗蛋白表达系统。项目前期在谷氨酸棒杆菌中表达猪胸膜肺炎放线杆菌抗原分子外膜蛋白Omp、细胞毒素ApxII,但ApxII全长不表达、选取其抗原表位截短后表达易降解。据此本研究一方面从转录和翻译水平解析限制ApxⅡ全长不表达的因素;另一方面针对ApxII截短蛋白,采用蛋白测序、分子模拟、数据挖掘、定点突变等方法寻找蛋白降解位点,优化蛋白结构提高蛋白稳定性,从宿主角度出发利用全基因组基因编辑和表征技术发掘影响蛋白稳定性的关键基因并优化宿主。最后结合免疫原性验证和发酵工艺优化实现ApxⅡ在谷氨酸棒杆菌中的高效稳定表达,为国家疫苗产业提供一种可用的表达体系。
英文摘要
The national strict policy to ban the addition of antibiotics in any veterinary feed in 2020, has made the application of Actinobacillus pleuropneumoniae (A. pleuropneumoniae) recombinant vaccine become an only protective approach to prevent porcine contagious pleuropneumonia. Compared with the current vaccine production host of E. coli, C. glutamate has the advantages of no endotoxin and advanced protein secretion system, which is an alternative host. In our previous study, A. pleuropneumoniae outer membrane protein (Omp) and cytotoxin (ApxⅡ) were successfully expressed in C. glutamate, but ApxⅡ was not expressed in its full length. ApxⅡ often is degraded by truncating ApxⅡ full length and expressing the fragments of epitope gene. To solve the issue, we will analyze the factors affecting the non-expression of ApxⅡ at transcription and translation levels. Moreover, we will use a variety of techniques, e.g., protein sequencing, molecular simulation, data mining, point mutation and other available methods to find degradation sites of ApxⅡ protein, and expecting to optimize protein structure for an improved protein stability. Furthermore, from the perspective of the modified host, we use the whole genome gene editing and characterization technology to explore the key genes that affect the stability of the protein. Finally combined the results of protein stability studies with an optimization of fermentation process and also the immunogenicity verification, it is expecting to realize efficient and stably expression of A. pleuropneumoniae recombinant vaccine in C. glutamate. This study will provide a usable alternative new expression system for Chinese vaccine industry.
受国家2020年饲料全面禁抗政策影响,推广猪胸膜肺炎放线杆菌(A. pleuropneumoniae)重组疫苗是当前预防猪胸膜肺炎且避免抗生素使用的有效方法。目前的大肠杆菌表达工艺中,因内毒素的问题导致纯化工艺复杂。谷氨酸棒杆菌具有无内毒素和较发达分泌系统的优点,是非常有潜力的重组细菌疫苗蛋白表达系统。项目前期在谷氨酸棒杆菌中表达猪胸膜肺炎放线杆菌抗原分子外膜蛋白Omp、细胞毒素ApxII,但ApxII全长不表达、选取其抗原表位截短后表达易降解。据此本研究一方面从目标蛋白出发,分析了ApxⅡ全长蛋白不表达的因素是谷氨酸棒杆菌内部翻译系统导致全长ApxⅡ并没有被完整翻译,通过表达元件试错法探究并获得了谷氨酸棒杆菌中ApxⅡ5#的最优表达模式(诱导型Ptac启动子)和分泌途径(信号肽CspB);进一步采用蛋白测序找到了蛋白降解断裂位点是R114-T115和G369-D370,并利用分子模拟、数据挖掘、定点突变等生物信息学方法和分子生物学改造获得了ApxⅡ截短蛋白的稳定突变体R114E/T115D,提高了ApxⅡ5#的表达稳定性和产量;同时通过小鼠攻毒实验证明了该突变体具有较好的免疫学效果,获得了最佳组合疫苗接种方式是ApxⅡ+ Omp7+Omp1为50ug+100ug+200ug。另一方面从宿主角度出发,利用全基因组基因编辑和高通量蛋白表征和筛选技术发掘了影响蛋白稳定性的关键基因,获得了谷氨酸棒杆菌基因组和蛋白分泌表型的关联图谱,通过氧化还原子工程为ApxⅡ以及其他重组蛋白分泌表达提供了优良的宿主细胞和理论基础。最后通过对ApxⅡ和OmlA蛋白发酵工艺的优化,建立了一个系统的从基因构建到蛋白发酵生产的工艺开发技术,实现了猪胸膜肺炎放线杆菌抗原蛋白的高效分泌生产,不仅为国家疫苗产业提供一种可用的表达体系,也为其他疫苗蛋白的高效生产提供了一个快速、可靠的工艺开发指导方案。
基于 CRISPR-dCpf1a/i 技术工程化谷氨酸棒杆菌细胞壁提高重组蛋白分泌产量
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批准号:22378167
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项目类别:面上项目
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资助金额:50万元
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批准年份:2023
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负责人:刘秀霞
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依托单位:
谷氨酸棒状杆菌mepA基因影响外源蛋白表达的机制研究
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批准号:21808082
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:25.0万元
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批准年份:2018
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负责人:刘秀霞
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依托单位:
国内基金
海外基金