奇異變形桿菌蛋白質雙向電泳條件的優化及評價

謝 靜，賈庶捷，林 於

（重慶醫科大學中醫藥學院生藥學教研室，重慶400016）

奇異變形桿菌蛋白質雙向電泳條件的優化及評價

謝 靜，賈庶捷，林 於

（重慶醫科大學中醫藥學院生藥學教研室，重慶400016）

目的：優化針對奇異變形桿菌蛋白質組學研究的雙向電泳 （2－DE）條件及其相關技術體系，闡明樣品處理過程中超聲功率、振搖時間和上樣量對2－DE圖譜的影響。方法：選取1株奇異變形桿菌，分別采用超聲功率為130W和80W超聲法裂解菌體提取總蛋白，將2種方法提取的蛋白在同一條件下進行等電聚焦和聚丙烯酰胺凝膠電泳 （SDS－PAGE）；超聲功率為80W提取的奇異變形桿菌總蛋白，分別取上樣量1和2mg，在同一條件下17cm膠條上進行雙向電泳。結果：超聲功率為130W處理的樣本得到的2－DE圖譜中蛋白斑點較少，而超聲功率為80W處理的樣本蛋白點多、清晰且重復性好。上樣量為2mg得到的圖譜中橫縱條紋明顯，蛋白斑點分離度較差，而上樣量為1mg時橫縱條紋較少，蛋白斑點分離度較好。結論：采用低功率超聲且較少上樣量處理樣品能得到較好的2－DE圖譜。

奇異變形桿菌；蛋白質組學；雙向電泳

奇異變形桿菌 （Proteusmirabilis，PM）作為腸桿菌科的一員，是復雜性尿路感染的主要病因［1］。奇異變形桿菌和普通變形桿菌可引起人的原發性和繼發性感染。近年來關于奇異變形桿菌基因組研究發展迅猛，國內外相繼發表了許多關于其基因組學研究成果。蛋白質不僅是基因的表達產物而且作為基因功能的最終體現者，蛋白質組學已成為功能基因組學的主要研究內容之一［2］。雙向凝膠電泳 （2－DE）技術最早是在分離大腸桿菌總蛋白時發展起來的，目前已廣泛地用于分離哺乳動物細胞、組織和生理體液等復雜蛋白質組，成為蛋白質組研究的核心技術之一［3－4］，但關于奇異變形桿菌蛋白質2－DE條件的優化國內尚外未見報道。本研究選用1株本研究室自存的奇異變形桿菌，優化2－DE實驗條件，旨在為后續研究奇異變形桿菌蛋白質組學奠定實驗基礎。

1 材料與方法

1.1 菌株、主要試劑及儀器 第三軍醫大學生物波研究室自存的奇異變形桿菌菌株1株。LB固體培養基 （100mL）：胰蛋白胨1g，酵母提取物0.5g，氯化鈉1g，加蒸餾水至100mL，調pH至7.2～7.4，加入瓊脂2g，臨用前加入2，3，5－氯化三苯基四氮唑 （TTC）水溶液 （10%TTC、0.4mol·L－1琥珀酸鈉、0.36%氯化鈉）1mL，20%葡萄糖0.5mL，TTC水溶液和20%葡萄糖以0.75×105Pa滅菌15min。固相pH梯度干膠條（pH 3～10，7cm，17cm）、3－ ［（3－膽酰胺基丙基）二甲基銨基］－1－丙磺酸鹽 （CHAPS）、兩性電解質 （Bio－Lyte）、三羥基磷 （TBP）、尿素、硫脲、礦物油和碘乙酰胺均購自BIO－RAD公司。十二烷基磺酸鈉 （SDS）、丙烯酰胺、甲叉雙丙烯酰胺、N，N，N′，N′－四甲基乙二胺 （TEMED）、三羥甲基氨基甲烷 （Tris）均為進口試劑，其他試劑為國產分析純。所有實驗過程用水均為超純水。

1.2 奇異變形桿菌總蛋白的提取 奇異變形桿菌點種于20g·L－1瓊脂LB平板，37℃培養18h，方法1：取菌體懸浮于40mmol·L－1、pH 7.5的Tris－Hcl溶 液［6］，4 ℃、10 000r·min－1離 心10min，收集菌體沉淀，加入2mL未加二硫蘇糖醇 （DTT）的裂解液 （7mol·L－1尿素、2mol·L－1硫脲、4%3－［（3－膽酰胺基丙基）二甲基銨基］－1－丙磺酸鹽 （CHAPS）、0.2% 兩性電解質 （Bio－Lyte）、0.001%溴酚藍）以及10mmol·L－1苯甲基磺酰氟 （PMSF），混懸后置冰水浴中超聲破菌，功率130W，每次9s，間歇8s，共15min。每管中再加入200mg·L－1DNaseⅠ、50mg·L－1RNase A和65mmol·L－1DTT，4℃放置30min，然后15 000r·min－1離心30min［7］，將上清按每管100μL分裝，－70℃凍存。方法2：裂解過程為功率80W，每次9s，間歇8s，共30min。4℃放置30min后室溫振搖過夜。其余處理過程同方法1。采用Brad－ford法測定蛋白含量。

1.3 樣品水化 分別采用7和17cm的膠條進行等電聚焦，7cm膠條上樣量為500μg，上樣體積150μL；17cm膠條上樣量為1和2mg，上樣體積500μL。不足上樣體積用水化上樣緩沖液補充（7mol·L－1尿素、2mol·L－1硫脲、4%CHAPS、0.2%Bio－Lyte、65mmol·L－1DTT和0.001%溴酚藍）。另外加入體積分數為1%的TBP，混勻后，線性上樣于溶脹盤中，膠條膠面朝下置于樣品上，溶脹1h后，加入礦物油防止樣品揮發。水化12～16h。

1.4 固相pH梯度等電聚焦條件 將水化后的樣品從溶脹盤轉移到聚焦盤，重新覆蓋礦物油，設置等電聚焦程序。7cm膠條：①250V，1h，線性；②500V，1h，快速；③4 000V，3h，線性；④ 4 000V，20 000 伏小時 （VH），快速；⑤500V，任意時間，快速。17cm膠條：①250V，1.5h，線 性； ② 1 000V，1.5h， 線 性；③6 000V，2.5h，線性；④ 10 000V，2.5h，線 性；⑤10 000V，60 000 伏 小 時 （VH）；⑥500V，任意時間，快速。

1.5 SDS－聚丙烯凝膠電泳 聚焦結束后，膠條分別在平衡緩沖液Ⅰ、Ⅱ中平衡15min，然后轉移至10%SDS－PAGE分離膠上，低熔點瓊脂糖封膠液覆蓋膠條，待其凝固后，7cm膠條50V、30min，120V至溴酚藍前沿到玻璃板底部停止。17cm膠條60V、1h，180V至溴酚藍前沿到玻璃板底部停止。電泳完成后進行考馬斯亮藍R－250染色過夜，脫色至背景清晰，比較蛋白斑點數量、蛋白點分離度、膠上橫縱條紋以及背景是否清晰。

2 結 果

采用方法2提取細菌蛋白時，2條7cm膠條上樣量為500μg，得到蛋白點清晰、無橫縱條紋，且重復性好的2－DE圖譜，見圖1（插頁四）。采用方法1提取奇異變形桿菌蛋白質時，上樣量為1mg，經過等電聚焦、平衡、SDS－PAGE和考馬斯亮藍R－250染色，得到的2－DE圖譜中蛋白斑點較少 （圖2A，見插頁四）。考慮對于17cm膠條上樣量1mg已足夠，檢測到的蛋白斑點少不是由于上樣量不夠，而可能是由于蛋白質溶解不夠或處理過程被降解導致。方法1中超聲處理功率較高，但處理過程產熱較多，會使蛋白質發生降解。另外，方法2提取蛋白質將樣品振搖過夜，有利于蛋白質的溶解。按照方法2提取奇異變形桿菌蛋白，2條17cm的膠條上樣量為1和2mg，經過相同條件的等電聚焦、平衡、SDS－PAGE和考馬斯亮藍R－250染色，上樣量為1mg的2－DE圖譜蛋白斑點分離度較好，無明顯的橫縱條紋 （圖2B，見插頁四）；上樣量為2mg的2－DE圖譜橫縱條紋明顯，蛋白斑點分離度較差 （圖2C，見插頁四）。

3 討 論

本實驗以奇異變形桿菌蛋白為研究對象進行2－DE分析，并對實驗過程中細菌裂解條件、電泳上樣量等進行了改進和優化。2－DE最完美的樣品制備是保證所有蛋白質在制備過程中不被修飾地大量溶解出來，而且還要在某種程度上與第一向分離兼容，同時排除可能會干擾第一向分離的生物化合物［8］。樣品制備主要步驟為細菌裂解，該過程中出現的問題將直接對2－DE的結果產生影響。為了防止蛋白質被破碎的細菌釋放的蛋白酶水解，本研究選擇在破碎液體中加入蛋白酶抑制劑PMSF。溫度變化對蛋白影響較大，選擇在冰浴條件下超聲破碎提取奇異變形桿菌蛋白質，破碎后又加入RNaseA及DNaseⅠ酶于低溫下消化DNA及RNA。由于PMSF在含有巰基的試劑中效果較差 （如DTT），裂解液中的DTT選擇在超聲裂解完細菌后再加入。本實驗所用的細胞裂解液配方是在多次測試后得到的。本研究結果顯示：方法2結果優于方法1，但是否存在時間、功率和結果間的正相關性仍需進一步研究。為了保證2－DE圖譜中每個點都有足夠量用于檢測，上樣量往往依據樣品中蛋白種類多少和膠條種類進行選擇，上樣量過大會導致圖譜出現橫條紋，過小則會導致低豐度蛋白不能被檢測。有報道［9］指出：外槽液的泄漏也可導致縱條紋的產生。本實驗結果顯示：對于17cm膠條，1mg上樣量得到的蛋白點中可辨別的點較清晰且多，達到了預期效果。考馬斯亮藍染色具有易于操作、重復性好、價格低廉和無毒性等優點，是目前實驗室中較為常用的兩種顯色方法中靈敏度較低的一種。另一種染色方法銀染法雖然靈敏度比考馬斯亮藍染色高100倍，但銀離子對質譜儀干擾嚴重，且脫銀的方法復雜，不易于掌握，所以銀染一般用于分析。鑒于銀染過程繁瑣且重復性差，加上銀染的圖像背景清晰度較低，本實驗選擇采用考馬斯亮藍染色。

隨著2－DE技術、生物質譜技術和生物信息學等蛋白質組學研究工具的迅速發展，微生物與蛋白質組學的結合顯得順理成章［10］。微生物蛋白質組學主要研究與微生物活動相關的蛋白質，在不同的環境條件下，微生物相關功能基因組和蛋白質得到表達，用2－DE將其蛋白質分離，比較2－DE圖譜差異，鑒定差異蛋白質，確定與活動功能相關的基因，從而闡明基因組功能。盡管1－D圖譜和2－D圖譜在研究中都能達到目的，但2－D圖譜的顯著優勢在于能提供高分辨率以及對標記蛋白的后續檢測［11］。2－DE作為蛋白質組學研究的主要技術，仍然存在著技術上的局限性，尚不能較好處理低豐度及過酸、過堿蛋白。隨著技術的革新，該方法將會有更為廣闊的應用前景。有研究［12］指出：未來2－DE的目的是確定蛋白質的數量和質量。

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Optimization and evaluation of two－dimensional electrophoresis conditions ofProteusmirabilis

XIE Jing，JIA Shu－jie，LIN Yu
（Department of Pharmacognosy，College of Pharmacy，Chongqing Medical University，Chongqing 400016，China）

ObjectiveTo optimize the conditions of two－dimensional electrophoresis （2－DE）and its related techniques in research on proteomics ofProteusmirabilis，and to elucidate the effects of the supersonic power，the agitate time and the loading amount of proteins on 2－DE maps.MethodsOne strain ofProteusmirabiliswas chosen，and its proteins were extracted by sonicating on a sonicator fitted with a microprobe.and the supersonic powers were 130Wand 80W.The same condition of immobilized pH gradient isoelectric focusing and SDS－PAGE was used to separate the proteins obtained from the two ways.1and 2mg of samples of the total proteins obtained fromProteusmirabilisby 80Wsupersonic power were collected for 2－DE on 17cm IPG strips under the same condition.ResultsThe 2－DE map of the proteins obtained by 130Wsupersonic power was clear，repeatable and had more protein spots than that obtained by 80Wsupersonic power.The 2－DE map with sample amount of 1mg exhibited less vertical and horizontal stripes than that of 2mg， which appeared good repeatability.ConclusionAdopting lower supersonic power and a few of samples can get better 2－DE map.

Proteusmirabilis；proteomics；two－dimensional electrophoresis

R378.2

A

1671－587Ⅹ（2012）06－1219－04

2012－06－10

國家自然科學基金資助課題 （31070445）

謝 靜 （1988－），女，重慶市人，在讀藥學碩士，主要從事微生物蛋白質組學方面的研究。

林 於 （Tel：023－65712062，E－mail：linyu5819＠163.com）