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抗体是体液免疫应答的主要效应分子,存在于血液和组织液中。它们拥有特异性识别并结合某种特定抗原的能力,从而被广泛地应用于科研和疾病诊断领域。随着抗体在临床诊断、特别是在直接用于人体治疗方面工作的开展,人们对抗体的性能也提出了更高的需求,不但要求抗体对抗原的亲和力要高,而且要求抗体的稳定性、专一性要好。这样的要求是传统的免疫小鼠获取杂交瘤的方法所很难满足的。得益于基因工程技术的发展,抗体表面展示技术开始出现并越来越多地应用于新抗体的筛选以及已有抗体的亲和力进化。
抗体库的容量直接决定了筛选出目标抗体的概率和筛选出的抗体亲和力高低。但是,一个大容量抗体文库的建立是一个费时费力的过程,连接产物的转化效率较低,一般在106 cfu/μg DNA,超过108的文库就需要投入大量的工作时间和精力,花费也是巨大的。而质粒的转化效率是远远高于连接产物的,一般商品电转化感受态细胞对质粒的转化效率都大于109 cfu/μg DNA,有些甚至可以达到1010cfu/μg DNA。为了利用质粒的高转化效率构建大规模的抗体展示文库,我们对Harvey的大肠杆菌原生质体展示scFv(单链可变区)抗体系统进行了改进,用双质粒分别表达ccFv(coiled-coil heterodimeric Fv)的VH(抗体重链可变区)和VL(抗体轻链可变区)部分,混合质粒电转化大肠杆菌,利用质粒的高效转化能力大大提高构建抗体文库的效率。不过ccFv抗体是否能应用于原生质体展示系统,还没有实验支持。我们的实验证明了,ccFv能够用于原生质体展示系统中,并且只有当VH和VL同时展示在原生质体表面时,原生质体才拥有结合抗原的能力;而表达了阴性对照抗体的原生质无法结合抗原。在此基础上我们测试了以ccFv为展示对象的原生质体展示、富集特异抗体的筛选系统。通过三轮流式筛选,能够将用阴性对照抗体按照1∶1000稀释的目的抗体富集到纯度接近100%。此方法的建立,突破了抗体文库构建的瓶颈问题,有望构建一个远超过scFv库量的ccFv抗体文库。
相对于原生质体展示系统,大肠杆菌外膜展示系统的宿主细胞在分选后仍能保持活性,直接培养后就可进行下一轮分选,更加方便快捷,避免重新建库导致的多样性丢失。但是,目前为止,大肠杆菌还没有被广泛的应用于抗体的表面展示技术中。一个主要的原因是在大肠杆菌外膜展示抗体的效率还不够高,研究者希望找到一种高效的运载蛋白来提高抗体展示效率。自转运蛋白(autotransporter,AT)和冰核蛋白(ice nucleation protein,INP)是人们研究最多的两种外膜运载蛋白,但还没有人比较过两者在展示抗体方面的差异。大肠杆菌还没有被广泛的应用于抗体的表面展示的另一个原因是大肠杆菌作为宿主,在高表达和展示异源抗体蛋白过程中的存活率不高。采用什么表达系统才能既保证够高的表达水平又维持较高的细菌存活比例还未见系统研究报道。在本研究中,我们系统的研究了Ag43β(一种自转运蛋白Antigen43的β结构域)和INPNC(去掉中间冗余序列的冰核蛋白的N端和C端)两种载体蛋白在强弱不同的三种启动子(T7、araBAD和lac)诱导表达的情况下,表达量、展示率、抗原亲和力以及宿主菌存活率的差异。我们发现,一方面,强弱不同的三种启动子效果上有很大差异:T7诱导展示的能力很强,但是存活率非常低;araBAD启动子能够达到很高的存活率,但是其展示能力太低;lac启动子相对能够比较好的平衡展示率和存活率。另一方面,Ag43β展示的抗体在抗原亲和力上优于INPNC展示的相同抗体,通过实验进一步发现了造成这种现象的原因可能是外膜展示中存在空间位阻问题。综合看来,由lac启动子驱动的、以Ag43β为载体蛋白的表面展示系统是最适的选择,为抗体外膜展示研究提供了参考和推动作用。