科研成果

魏子贡教授团队基于酵母纳米抗体文库高通量筛选特异性纳米抗体取得系列进展

作者:  发布时间:2024-02-23  阅读次数:

近期,kb88凯时在线、省部共建生物催化与酶工程国家重点实验室、药物高通量筛选技术国家地方联合工程研究中心魏子贡教授团队在金黄色葡萄球菌毒力因子纳米抗体的高通量筛选领域取得系列重要进展。

金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureusSA)广泛存在于空气、水以及动物的排泄物中,是人和动物重要的致病菌。金葡菌感染轻则导致化脓性感染、肺炎,重则导致危及生命的败血症和脓毒症,严重威胁人类和动物的生命安全。抗生素已成为控制金黄色葡萄球菌感染的重要手段,然而,抗生素的使用也催生了各种耐药菌株,如耐青霉素金黄色葡萄球菌(penicillin resistant SA, PRSA)、耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(methicillin resistant SA, MRSA)和耐万古霉素金黄色葡萄球菌(vancomycin resistant SA, VRSA)。

金葡菌主要通过产生不同的毒力因子以侵袭机体并参与免疫逃避等过程,包括肠毒素(SEs)、聚集因子(Clfs)等。针对上述这些毒力因子设计抗体或小分子药物来阻断其毒力作用,有助于消除金葡菌对人和动物生命健康所造成的威胁。

SEB是金黄色葡萄球菌代谢产生的一种肠毒素,因其产量高、耐热性强,成为危害人和动物健康的最主要的毒素之一。SEB通过与抗原递呈细胞上的MHC-II相互作用来激活免疫细胞,从而产生大量的促炎细胞因子;阻断SEBMHC-II之间的相互作用可以避免免疫细胞的过度激活。

纳米抗体是最小的功能性抗体,靶向性和组织穿透力强,可以稳定地与抗原结合。传统方法需要通过免疫骆驼或羊驼来获取针对特定抗原的纳米抗体,而课题组利用纳米抗体表面展示(Yeast surface displayYSD)技术,在无需免疫动物的情况下通过高通量筛选获得了靶向SEB的纳米抗体。课题组首先构建了一个含有多达5×108个纳米抗体的文库(图1),并使其在酿酒酵母中表达并锚定在酵母表面;通过流式细胞分选技术(FACS)对SEB特异性的纳米抗体进行高通量筛选(图2),经过多轮筛选,最终获得与SEB亲和力较高的纳米抗体。细胞实验表明所筛选的纳米抗体对SEB诱导的炎症反应有显著的抑制作用;通过分子对接阐明了纳米抗体抑制SEB促炎活性的机制。该研究结果以“Development of nanobodies against Staphylococcus enterotoxin B through yeast surface display”为题发表在International Journal of Biological Macromolecules(中科院一区,IF=8.2),我院讲师明珂、硕士研究生胡阳为共同第一作者,魏子贡教授为通讯作者。

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1 纳米抗体库的构建

图示, 散点图描述已自动生成 

2 利用YSD技术筛选抗原特异性纳米抗体的流程

在此基础上,课题组继续利用YSD技术对靶向结合金黄色葡萄球菌ClfA的纳米抗体进行高通量筛选。ClfA是金黄色葡萄球菌的细胞壁锚定蛋白,是一种黏附素,在细菌对宿主细胞的侵入、定植和扩散的过程中发挥至关重要的作用。靶向结合ClfA有助于阻断细菌对宿主细胞粘附,从而控制感染。课题组利用FACS在文库中筛选出一个对ClfA具有较高亲和力的纳米抗体,然后利用易错PCR对其序列进行优化,最终获得了亲和力高、且显著抑制细菌粘附宿主细胞的纳米抗体(EC501.8 ± 0.3 nM);随后利用分子对接技术分析了纳米抗体与ClfA互作的机制。该研究结果以“Development of nanobodies specific to clumping factors A of Staphylococcus aureus by yeast surface display”为题发表在International Journal of Biological Macromolecules(中科院一区,IF=8.2),我院讲师梅萌、硕士研究生卢梦晴为共同第一作者,魏子贡教授为通讯作者。

图示, 地图描述已自动生成

3 分子对接分析纳米抗体与ClfA的作用方式

      魏子贡教授团队长期从事病原毒力因子的结构解析与药物设计。团队围绕严重危害规模化健康养殖过程中的感染相关病原微生物,进行关键复制酶或结构蛋白的原子结构解析,并基于此进行大分子药物如疫苗、纳米抗体、粘体和小分子药物如中药单体、化学小分子药物的高通量筛选与计算设计,目前已取得系列创新性研究进展。

团队长期招收具有药学、生化与分子生物学、微生物学等学科背景的研究生,欢迎各位同学报考。

论文链接:https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2023.126822

https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2024.129208

 

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