噬菌体展示技术的原理及其应用

Phagedisplay

LiuYun

——基于将某个蛋白与其遗传信息之间直接联系的筛选方法1

噬菌体展示技术（PhageDisplaytechniques，PDT）起源于1985年，是一种用于筛选和改造功能性多肽、蛋白质强有力的生物技术，广泛应用于蛋白组学、基因克隆等多个分子生物学领域。概述

目前噬菌体展示技术的研究进展非常迅速，在抗原决定簇的定位、蛋白质相互作用位点的确定、特异调节分子的分离和人工抗体和疫苗的制备、诊断技术、酶抑制剂的研究开发、多肽药物的研制等生物技术研究的不同领域得到了应用，并对这些领域产生了深远的影响。2SmithGP.Filamentousfusionphage:novelexpressionvectorsthatdisplayclonedantigensonthevirionsurface.Science,1985,228:1315-1317.

1985年Smith首次通过基因工程的手段，将外源基因插入丝状噬菌体基因组中，从而使表达的外源肽或蛋白与噬菌体外壳蛋白一起展示在噬菌体表面，由此建立了噬菌体展示技术。1990年Scott等首次将随机序列肽与丝状噬菌体表面蛋白g融合展示在噬菌体表面，建立了噬菌体展示随机肽库。ScottJK,SmithGP.Searchingforpeptideligandswithanepitopelibrary.Science,1990,249:386.3

噬菌体展示技术是将外源蛋白或多肽的DNA序列插入到噬菌体外壳蛋白结构基因的适当位置，使外源基因随外壳蛋白的表达而表达，同时，外源蛋白随噬菌体的重新组装而展示到噬菌体表面的生物技术。到目前为止，人们已开发出了单链丝状噬菌体展示系统、λ噬菌体展示系统、T4噬菌体展示系统等数种噬菌体展示系统。

基本原理4特点

该技术的主要特点是将特定分子的基因型和表型统一在同一病毒颗粒内，即在噬菌体表面展示特定蛋白质，而在噬菌体核心DNA中则含有该蛋白的结构基因。另外，这项技术把基因表达产物与亲和筛选结合起来，可以利用适当的靶蛋白将目的蛋白或多肽挑选出来。5PhagesFilamentousphagesM13FdF1OthersT4λ6(a)Adenovirus.(b)Rotavirus.(c)Influenzavirus(courtesyofGeorgeLeser).(d)Vesicularstomatitisvirus.(e)Tobaccomosaicvirus.(f)Alfalfamosaicvirus.(g)T4bacteriophage.(h)M13bacteriophage.M13噬菌体颗粒结构8M13噬菌体的生活史其裂解周期为：1)吸附(adsorption)2)侵入(entory)3)复制（生物合成biosynthesis）4)成熟(maturation)5)装配(assembly)6)释放(release)9丝状噬菌体的基因及蛋白结构http://www.scielo.br/scielo.php?pid=S1415-47572005000100001&script=sci_arttext

pIII(406aa,5~8copies)pVIII(50aa,~2700copies)pVI(112aa,5~8copies)10载体的插入位点

11pIII和pVIII噬菌体展示系统12UsedforcloningforeigngenesamongotherapplicationsProteinsandpeptidesarefusedtotheCapsid(surface)ofthephageThecombinationofthephageandpeptideisknownasaFusionProtein实验设计思路13选择方法：淘选（Panning)而不是筛选（Screening)14非展示系统展示系统15

固相

淘选系统完整细胞组织，器官

常规法

淘选方法正负法竞争法16T7噬菌体展示筛选系统测序分析插入序列将噬菌体文库铺在固定的靶蛋白上洗脱未结合的噬菌体加入大肠杆菌，扩增和富集洗脱的噬菌体铺富集文库铺盘分离单个克隆3~4轮筛选验证实验：结合实验实验流程17Solidphaseselectionwithimmunotubes

vImmunotubecoatedwithantigencoatedwithsteptavidinandbiotinylatedantigenBBBBBBBv18BindtoStreptavidincoatedmicrotitrewells19Washtoremoveunboundphageparticles20Eluteboundphage21AmplifyelutedphageRepeatselectionAnalyze

a)ELISA b)Specificity c)Sequencing d)Affinity e)ActivityE.coli感染和扩增22举例呼吸道合胞病毒感染呼吸道上皮细胞靶向肽的筛选及验证23242526272829噬菌体展示系统的应用及优缺点应用范围3031

优点：

A.高通量的淘选：将靶标分子（抗体）固定在固相载体上，加入噬菌体展示肽库（噬菌体的数量可达1011PFU），利用抗原-抗体的特异性亲和力将与抗体结合的噬菌体吸附在固相载体上，反复数轮扩增、淘选，即可将有用的基因从多达百万以上的噬菌体克隆中分离出来。

B.高效率：在极低的存在水平下，挑选到高亲和力噬菌体成为可能。

C.可用于模拟表位的筛选：利用噬菌体展示技术得到模拟表位，同样可诱发与天然表位相似的特异性免疫反应。

D.展示的多肽或蛋白质与其包含在噬菌体内部的基因密码的连接:使得结合肽或蛋白质的序列分析既快速又简便。

E.

易于纯化

重组噬菌体的纯化步骤简单、不