伯克霍尔德菌属(Burkholderia)成员是具有重要临床意义的病原体。本文介绍一种利用机械破碎法进行细菌总蛋白提取,并结合二维凝胶电泳进行后续蛋白质组学分析的方法。
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伯克霍尔德菌属(Burkholderia)成员是具有重要临床意义的病原体。本文介绍一种利用机械破碎法进行细菌总蛋白提取,并结合二维凝胶电泳进行后续蛋白质组学分析的方法。
研究细菌物种的细胞内蛋白质水平对于理解这些微生物所致疾病的致病机制具有重要意义。本文描述了一种从 伯克霍尔德菌属 基于在磷酸盐缓冲液中使用玻璃珠进行机械裂解,并在乙二胺四乙酸和苯甲基磺酰氟存在下提取物种。该方法可用于不同 伯克霍尔德菌属 物种、不同生长条件,且可能适用于其他细菌的蛋白质组学研究。在蛋白质提取后,采用二维(2-D)凝胶电泳蛋白质组技术,以研究这些生物体蛋白质组的全局变化。该方法首先在第一维中通过等电聚焦根据蛋白质的等电点进行分离,然后在第二维中通过丙烯酰胺凝胶电泳根据分子量进行分离。分离后的蛋白质通过银染法进行显色观察。
属 伯克霍尔德菌属 包含60多种物种,为革兰阴性菌,分离自多种不同生境,可分为两个主要类群1,2第一个类群包括人类、动物和植物营养型生物,大多数研究集中于该类群中的致病物种,因其具有重要的临床意义。致病性最强的成员是 B. pseudomallei 和 B. mallei (分别引起类鼻疽和鼻疽)3,4 和机会性病原体(定义的17个物种的 洋葱伯克霍尔德菌 复合物,基底细胞癌)5,这些疾病会导致囊性纤维化(CF)和慢性肉芽肿病(CGD)1第二个类群包含30多种非致病性物种,包括与植物或环境相关的细菌,被认为对宿主具有潜在益处2.
由致病性细菌感染引发的多种并发症 伯克霍尔德菌属 属,例如病原体在患者之间的传播、疾病扩散以及由于对抗生素的固有或获得性耐药导致治疗失败,使得在大多数情况下难以根除6-9因此,深入了解细菌感染建立的基础,对于治疗这些病原体引起的疾病至关重要。为了揭示感染建立的机制,需要对与致病过程相关的细菌组分进行广泛研究。聚焦于蛋白质组学分析的研究 伯克霍尔德菌属 利用蛋白质组学方法研究生物体,已鉴定出与细菌致病性相关的蛋白质以及其蛋白质组谱的变化10-16.
在含有高浓度尿素、硫脲并联合去垢剂和两性电解质的裂解缓冲液中,采用超声处理和反复冻融循环的方法已应用于伯克霍尔德菌(Burkholderia)的蛋白质组学研究10-13。尽管尿素在蛋白质变性方面效率较高,但在水溶液中可与异氰酸铵建立平衡,后者可与氨基酸基团发生反应,从而产生人工产物(氨基甲酰化反应)17。因此,建议添加载体两性电解质以充当异氰酸根清除剂,并避免温度超过37 °C17。此外,为防止裂解缓冲液对蛋白质定量产生化学干扰,可使用相同的裂解缓冲液制作标准曲线,使样品与标准品具有相同的背景10。其他方法包括使用碱性缓冲液和去垢剂并结合加热孵育步骤17,18;然而这些条件可能引起蛋白质组的改变,且某些去垢剂若不进行后续去除步骤,则不适用于蛋白质组学分析17,18。
在充分提取和定量之后,可采用蛋白质组学方法(如二维(2-D)凝胶电泳)研究每种蛋白质的全局表达水平。该技术最初由 O'Farell19 描述,其原理是在第一维中通过等电聚焦根据蛋白质的等电点进行分离,然后在第二维中通过丙烯酰胺凝胶电泳根据其分子量进行分离。由于其高分辨率和高灵敏度,该技术成为分析和检测复杂生物来源蛋白质的有力工具19,20。目前,该分离技术已应用于以蛋白质为中心的研究策略中,其显著优势在于能够分辨由转录后修饰或蛋白水解加工引起的蛋白质亚型。通过比较染色后凝胶上相应蛋白点的强度,可检测到定量变化20。然而,该技术不适用于分子量极大、膜结合、极性强酸或强碱性以及疏水性蛋白质的鉴定,且操作较为繁琐、耗时较长20。近年来,出现了更为稳健和客观的以肽段为中心的新方法(非凝胶技术),可通过稳定的同位素标记进行定量比较,例如采用同位素编码亲和标签(ICAT)对半胱氨酸进行标记21,以及采用相对和绝对定量同位素标签(iTRAQ)对氨基进行标记22。单一蛋白质组学技术可能提供的信息有限,因此通常需要结合两种互补的蛋白质组学方法,才能全面评估蛋白质组的变化。尽管如此,二维凝胶电泳仍被广泛使用,并可常规应用于不同生物体中多种蛋白质的定量表达分析。
本文介绍了一种全细胞蛋白提取及二维凝胶电泳实验方法 伯克霍尔德菌属 根据通用电气医疗集团《二维电泳原理与方法手册》80-6429-60AC 2004 版中优化和调整的物种www.amershambiosciences.com)。蛋白质提取采用珠磨机,在含有5 mM EDTA(乙二胺四乙酸)和1 mM PMSF(苯甲基磺酰氟)的PBS中,加入玻璃珠进行。该方法可实现蛋白质的定量提取并最大限度减少降解,且适用于此前报道过的蛋白质组学研究。15,23,24采用24 cm长的固定pH 4-7梯度胶片进行二维凝胶电泳,蛋白质首先根据其等电点进行分离;随后通过SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳,依据分子量大小进一步分离蛋白质。此外,我们描述了一种用于检测蛋白质点的银染方法,以及一种适用于质谱分析的银染技术。这些方法结合使用,可实现对重要蛋白质的有效鉴定 伯克霍尔德菌属 可能参与致病过程的物种
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1. 培养物生长(第1+2天)
2. 蛋白质提取(第3天)
3. 样品制备(第4天)
4. 第一向等电聚焦(IEF)(第4天)
本节所有步骤均使用 Ettan IGPhor IEF 系统。
5. 第二维SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳(第5天)
本节所有步骤均使用 Ettan DALTsix 电泳仪进行。
6. 凝胶银染以进行凝胶显影(第5-6天)
7. 用于质谱分析的凝胶银染色
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对同一细菌培养物在两个不同时间点提取的蛋白质谱进行比较分析,结果显示条带模式相似,表明蛋白质提取成功。提取的蛋白质分子量范围为10-150 kDa。图1展示了从在LB或酵母/甘露醇(YEM)肉汤中培养并处于稳定期的Burkholderia multivorans(BCC成员)临床分离株中提取的全细胞蛋白质的代表性考马斯亮蓝染色凝胶图谱。
进行二维凝胶电泳分析时,使用了200 μg的Burkholderia pseudomallei总蛋白(图2)。由于该病原体被美国疾病控制与预防中心列为B类生物战剂25,蛋白制备操作均在生物安全三级防护实验室中,依照标准操作程序进行。将蛋白重悬于再水化溶液中,并加样至24 cm长、固定pH 4-7梯度的胶条上,根据蛋白的等电点(pI)进行分离。随后将胶条置于SDS-聚丙烯酰胺凝胶上,根据蛋白的分子量(MW)进行第二维分离。之后对凝胶进行银染,以实现蛋白点的可视化。结果表明,可分辨出500多个蛋白点,每个蛋白点均可通过质谱技术单...
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已描述一种蛋白质制备方法,该方法能够以良好的重复性提取大多数 Burkholderia 蛋白质。如图1所示,使用在LB或YEM液体培养基中培养的同一批细菌,在不同日期独立进行两次制备,获得了相同的蛋白质谱,证明了该方法的可重复性。该方法对液体培养基中生长的细菌提取效率较高;但我们尚未测试该方法在平板上生长的细菌中的适用性。该方法还被用于后续的蛋白质表征分析,结合蛋白质组学工具,我们的研究团队已成功利用二维凝胶电泳及用于相对与绝对定量的同位素标签技术(iTRAQ)进行蛋白质组变化的研究15,23,24。对于iTRAQ实验,为避免PMSF对实验造成干扰,蛋白质被提取至含有0.5 M EDTA的PBS缓冲液中15。
需要强调的是,在蛋白质提取过程和二维凝胶电泳中,所有操作步骤均应在 4 °C 或使用冰桶的低温条件下进行,以最大限度减少蛋白质降解;同时应使用带滤芯的吸头,佩戴腈手套,并遮盖所有皮肤,防止角蛋白污染后续用于质谱鉴定的蛋白点。在进行蛋白质提取时,还需注意苯甲基磺酰氟(PMSF)在水溶...
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作者声明不存在任何竞争性经济利益。
本工作获得了不列颠哥伦比亚大学研究生奖学金(授予 B.V.)以及加拿大囊性纤维化协会和加拿大卫生研究院基金(授予 D.P.S.)的支持。我们感谢 Jacqueline Chung 对实验方案的初步准备工作。
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| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 试剂 | |||
| 苯甲基磺酰氟(PMSF) | Sigma | P7626 | 有毒,腐蚀性 |
| 丙酮 | Fisher | A18-1 | 易燃 |
| PBS缓冲液 | Bioscience | R028 | |
| 乙二胺四乙酸(EDTA) | Fisher | BP118-500 | 有毒 |
| 玻璃珠(0.1 mm) | BioSpec Products | 11079101 | |
| Nalgene Oak Ridge 离心管,聚碳酸酯材质(50 ml) | VWR | 21009-342 | |
| MicroBCA 蛋白提取试剂盒 | Pierce | 23235 | |
| 2.0 ml 圆底微量离心管,带螺口盖和O型圈 | Fisher | 02-681-375 | |
| 2-D Clean-Up 试剂盒 | GE Healthcare | 80-6484-51 | |
| 尿素 | Invitrogen | 15505-050 | 刺激性 |
| CHAPS | Amersham Biosciences | 17-1314-01 | |
| 二硫苏糖醇(DTT) | MPBiomedical, LCC | 856126 | 刺激性 |
| Immobil ine DryStrip pH 4-7 24 cm | Amersham Biosciences | 176002-46 | |
| Duracryl | Proteomic Solutions | 80-0148 | 剧毒,致癌物 |
| 过硫酸铵 | Fisher | BP179-100 | 易燃,有毒,腐蚀性 |
| N,N,N’,N’-四甲基乙二胺(TEMED) | Invitrogen | 15524-010 | 易燃 |
| 十二烷基硫酸钠(SDS) | Fisher | BP166-500 | 急性毒性,易燃 |
| 琼脂糖 | Invitrogen | 15510-027 | |
| 乙醇 | Fisher | HC1100-1GL | 易燃,有毒 |
| 乙酸 | Fisher | A491-212 | 易燃,腐蚀性 |
| 戊二醛 | Fisher | G151-1 | 剧毒,腐蚀性,对环境有害 |
| 四硫代硫酸钾 | Sigma | P2926 | 刺激性 |
| 乙酸钠 | EM Science | 7510 | |
| 硝酸银 | Sigma | 209139 | 腐蚀性,对环境有害 |
| 甲醛 | Sigma | 252549 | 有毒 |
| 硫代硫酸钠 | Sigma | S7026 | |
| Tris碱 | EMD | 9230 | |
| 甘氨酸 | MPBiomedical, LCC | 808831 | |
| 甘油 | MPBiomedical, LCC | 800688 | |
| 甲醇 | Fisher | A412-4 | 易燃,有毒,健康危害 |
| 无水碳酸钠 | EMD | SX0400-3 | 有毒 |
| 矿物油 | ACROS | 415080010 | |
| 设备 | |||
| JA-20 超速离心转子 | Beckman Coulter | 334831 | |
| Mini Beadbeater | Biospec Products | 3110BX | |
| Ettan IPGphor II 等电聚焦系统及配件 | GE Healthcare | 80-6505-03 | www.amershambiosciences.com |
| Ettan DALT 大型垂直电泳系统 | GE Healthcare | 80-6485-27 | www.amershambiosciences.com |
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