三种抗半抗原VHH筛选策略在微囊藻毒素高灵敏度免疫检测中的比较

学术   2024-12-08 21:43   北京  


【引语】

在骆驼和鲨鱼体内存在一种单域重链抗体,其可变区即VHH具有稳定性好、能耐受极端环境及可在大肠杆菌、酵母等宿主内进行可溶性表达等优点被作为一种免疫分析试剂逐渐获得广泛关注。
2011年,作者以三氯卡班(TCC)为模型半抗原,通过降低分析物的浓度对噬菌体文库进行竞争性筛选,获得了对TCC具有高亲和力的VHH抗体,并建立一种基于VHH抗体的高灵敏免疫分析方法。最近,使用类似淘选策略,作者再次获得了能够识别赭曲霉毒素、黄曲霉毒素和四溴双酚A的VHH抗体。这些VHH抗体检测限低并且在复杂的样本基质中也能得到良好添加回收率。
虽然在噬菌体文库筛选时使用极低的竞争物浓度能筛选到很灵敏的VHH,但此种筛选策略可能并不总是最有用的方法。这里作者阐述了抗微囊藻毒素(MC-LR)VHH抗体的筛选过程,从而证明了这一点。MC-LR是由蓝藻产生的一类天然毒素,被MC-LR污染的饮用水和水产品,给人类健康带来了巨大威胁。WHO规定饮用水中MC-LR含量低于1μg/L,美国环保署也规定在学龄前儿童饮用水中MC-LR含量低于0.3μg/L。本文作者采用几种不同的噬菌体文库淘选策略,最终获得灵敏度高且检测限符合要求的抗MC-LR VHH抗体。

成果简介】

作者选llama为实验动物进行免疫,利用常规VHH抗体制备流程进行基因扩增及建库。建库后设计三种文库淘选方案:(1)顺序梯度竞争:用100μg/L、20μg/L和1μg/L 的MC-LR分别进行第一、第二、第三次竞争洗脱。(2)同时竞争:用pH2.7甘氨酸洗脱,2M Tris中和后再用10fg/mL 的MC-LR孵育。(3)解离速率筛选:先用100μg/L 的MC-LR包被过夜,再用胰蛋白酶孵育洗脱。

利用顺序梯度竞争筛选方法将筛选到的抑制较好的阳性克隆进行测序。获得5株克隆,其CDR3区具有很高的相似性。利用间接竞争ELISA分析,发现这5株阳性克隆的IC50值均较相近,但遗憾的是均不符合检测要求。

淘选过程中的竞争洗脱(顺序梯度竞争)有利于筛选与分析物有交叉反应性的VHH抗体,但筛选出的VHH抗体不一定与分析物亲和力最好。这是因为竞争关系并不是同时发生的,首先,噬菌体与固相半抗原结合,洗涤后噬菌体需要先解离,才能够与溶液中的竞争分析物反应,这样不利于筛选解离慢的VHH抗体。为了避免这种情况的发生,即设计了第二种筛选方案。结果获得了与之前序列不同的3株阳性克隆。B2.2和C3.2克隆的IC50值与第一种筛选方法得到的克隆IC50值相近,但D9.2克隆IC50值为2.2 ± 0.06 μg/L,LOD为0.4 μg/L,虽然IC50提升了2倍,但LOD值不理想。

为了探索更多的筛选策略,作者设计了一种基于结合动力学的筛选方案,即解离速率筛选法。该方法有利于获得解离速率最慢的VHH抗体(对固相半抗原具有更高亲和力)。然而,并不能保证所得VHH抗体与分析物有很好的交叉反应性。利用该方法同样获得3株不同序列的阳性克隆,ELISA结果显示A2.3克隆的IC50为0.28 ± 0.021μg/L,LOD为0.4 μg/L;H11.3克隆的IC50为0.63 ± 0.064μg/L,LOD为0.08 μg/L。

由于微囊藻毒素类化合物结构相似,所以抗体通常表现出不同程度的交叉反应性。其中VHH H11.3对毒性较低的MC RR交叉反应性最好,而VHH A2.3对MC-LR最敏感。对水质样本进行添加回收实验,利用VHH A2.3抗体进行ELISA分析,结果显示回收率较好,表明该方法可直接用于微囊藻毒素的检测。

图文导读】

图1 抗微囊藻毒素纳米抗体三种筛选策略
①顺序梯度竞争    ②同时竞争    ③解离速率筛选

图2 不同淘选策略获得VHH氨基酸序列比对
绿色、红色和黑色分别表示顺序梯度竞争、同时竞争和解离速率筛选法获得的VHH序列

图3 顺序梯度竞争法VHH抑制曲线

图4 同时竞争法VHH抑制曲线

图5 解离速率筛选法VHH抑制曲线

表1 纳米抗体对MC-LR及同系物交叉反应性ELISA结果

表2 水样中MC-LR添加回收实验
VHH A2.3 检测MCs;样本ID,D,和T分别指大坝水或自来水;B,P和Y分别表示三个不同水库;<LOD表示检测不到;ND表示未确定;所有样本均一式三份

【小结】

作者探索了从同一文库中筛选抗半抗原纳米抗体的三种方法。三种不同形式的淘选策略获得性能不同的VHH抗体。其中第三种解离速率筛选法获得的VHH抗体灵敏度最好,其次是同时竞争法得到的VHH抗体;到目前为止,第二种和第三种淘选方法还未被应用到文库筛选中。虽然本文得到的结果可能是个例,对于其他化合物筛选结果有可能不同。但研究表明,除了标准的竞争筛选方法之外,探索不同的淘选策略来筛选针对小分子化合物的文库是极其重要的。与先前报道的抗微囊藻毒素类抗体相比,VHH A2.3抗体具有与之相似的灵敏度和交叉反应性并且可以直接用来分析未经处理的样品,其检测限远低于最严格的检测要求。

【原文出处】

Pirez-Schirmer, M., Rossotti, M., Badagian, N.,Leizagoyen, C., Brena, B. M., & Gonzalez-Sapienza, G. Comparison of Three Antihapten VHH Selection Strategies for the Development of Highly Sensitive Immunoassays for Microcystins. Analytical Chemistry, 2017,89, 6800-6806.



指导老师:王战辉


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分享中国农业大学沈建忠院士团队王战辉教授动物源食品安全课题组抗菌药物、环境污染物、激素等小分子化合物半抗原设计、抗体发现和进化、免疫传感原理和构建、检测技术及产品研发等研究进展。联系方式:zhanhui.wang@foxmail.co
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