法律状态公告日
法律状态信息
法律状态
2019-10-18
未缴年费专利权终止 IPC(主分类):C12N9/12 授权公告日:20170517 终止日期:20181024 申请日:20141024
专利权的终止
2017-05-17
授权
授权
2015-02-25
实质审查的生效 IPC(主分类):C12N9/12 申请日:20141024
实质审查的生效
2015-01-28
公开
公开
技术领域
本发明属于生物化学及分子生物学领域,涉及一种简单、快速提取和纯化Taq-DNA聚合酶的方法,适合用于大量低成本商业生产制备Taq-DNA聚合酶。
背景技术
PCR技术广泛应用于生物学、农学和医学的实验中,而其中分离自耐热菌Thermus aquaticus 的DNA聚合酶(Taq)是PCR技术的关键因子。编码该酶的基因已经转入大肠杆菌中高效表达,极大的提高了该酶的产量,大大降低了PCR技术的成本。Taq-DNA聚合酶全酶由832个氨基酸组成,大小94kD;去除该酶的5’到3’外切酶活性,大小变为61kD,称之为Stoffel片段。
Lawyer等首次将Taq-DNA聚合酶基因在大肠杆菌中表达,并利用该酶的热稳定性分离Taq-DNA聚合酶。75℃加热1小时,可以去除大部分杂蛋白。Engelke等(1990)进一步采用聚乙烯亚胺(polyethyleneimine)和BioRex 70纯化,他们的结果在SDS电泳中表现出一条Taq-DNA聚合酶的主带和几条杂蛋白的弱带。然而,采用这种分离方法,从裂解细菌开始至少需要忙碌一天,才能完成。1993年,Lawyer等发展了另一套分离纯化方法,他们的方法采用Polyethyleneimine和硫酸铵纯化,Phenyl-Sepharose CL-4B去除核酸。和Engelke方法比较,变得更复杂但去除了核酸的污染。实际上,提取液中的杂蛋白并不影响Taq-DNA聚合酶的酶活,但DNA的污染,可能会影响PCR反应,一些短的DNA片段可能会作为引物产生假阳性条带,特别是以大肠杆菌作为底物时进行PCR反应时。Pluthero(1993)简化了Engelke方法,采用硫酸铵沉淀,透析去除终产物中的硫酸根和铵根离子。目前,多数实验室自制Taq-DNA聚合酶采用这一方法,但我们发现,这一方法制作的Taq-DNA聚合酶混有少量的DNA,硫酸铵沉淀造成Taq-DNA聚合酶的较大损失,透析需要花费较多的时间。2012年,钟星等利用转基因大肠杆菌,经过简单加热,离心,直接提取分泌到培养基中的Taq-DNA聚合酶,但他们没有提供酶浓缩和纯化的方法。酶中的培养基残液未能去除。
和全酶相比,Stoffel片段表现出更强的热稳定性,这一性质被应用于对该酶的分离。采用沸水浴裂解细菌,离心去除变性杂蛋白,而后采用磷酸氢二钠和乙醇去除DNA,从而快速分离纯化Stoffel片段。我们曾试图采用这一方法分离Taq全酶,但遗憾的是,沸水浴并不能有效地裂解大肠杆菌,分离产物不能长期储存,-20℃放置两天,就可引起酶的失活。这些结果说明这一方法并不适用于Taq全酶的分离纯化,但我们偶然发现,乙醇可以有效的沉淀Taq-DNA聚合酶并保持其活性。因而,我们利用这一性质,改进Pluthero的提取方法,缩短了提取时间,简化了提取方法,提高了Taq-DNA聚合酶的质量和产量。
发明内容
本发明的目的在于提供一种简单、快速提取和纯化Taq-DNA聚合酶的方法,该方法充分利用了乙醇对蛋白质的沉淀作用和核酸酶活性,简化了Taq-DNA聚合酶提取和纯化的步骤,缩短了操作时间和节约了成本。
为实现上述目的,本发明采用如下技术方案:
一种简单、快速提取和纯化Taq-DNA聚合酶的方法,所述方法包括以下步骤:
(1)接种:挑取含Taq-DNA聚合酶E.coli 单克隆,接种到3ml的含有氨苄青霉素的LB液体培养基中,置于摇床,37℃,270 r/min,培养5-8 小时;
(2)扩大培养:将步骤(1)中培养好细菌液转接到500 ml 含氨苄青霉素的LB液体培养基中,置于摇床,37℃,270 r/min培养5-6小时至细菌OD600 值达到0.6-0.8;
(3)诱导Taq-DNA酶表达:加入异丙基硫代半乳糖苷诱导剂,置于摇床,37℃, 270 r/min,培养12小时;
(4)收集菌体:将步骤(3)培养得到的菌液分装于50 ml离心管,8000 rpm 离心10min,弃上清,加入25ml Buffer A重悬菌液,8000 rpm 离心10min,弃上清;
(5)裂解菌体: 加入25 ml Buffer A重悬菌液,采用液氮和75 oC水浴中交替冻融两次,加入100mg溶菌酶,室温下放置10~20分钟,直至溶液变得粘稠,而后在溶液中加入蛋白酶抑制剂苯甲基磺酰氟至1mM;
(6)粗提:加入25 ml Buffer B,75℃水浴加热30 min后8000 rpm 离心15min,取上清;
(7)纯化:在上清液中先后加入蛋白酶抑制剂苯甲基磺酰氟,MgCl2,DNase I以及RNase A处理5 min,75℃水浴加热30 min,8000 rpm 4℃ 离心10 mim,取上清,加入冰浴后的乙醇,终浓度为15%-99%,颠倒混匀,16000 g 4℃离心15 min,弃上清,沉淀溶于12.5mL Storage buffer,-20℃储存备用。
所述的乙醇浓度为55%最佳。
所述LB液体培养基中含有氨苄青霉素终浓度50ug/ml。
步骤(3)中异丙基硫代半乳糖苷诱导剂终浓度0.5mM。
步骤(5)中溶菌酶含量为4mg/ml。
所述纯化步骤中蛋白酶抑制剂苯甲基磺酰氟终浓度为1 mM,MgCl2终浓度0.5 mM,DNase I浓度为5 ug/ml,以及RNase A浓度为100 ug/ml。
实验过程中使用的主要试剂配方:
Buffer A:50mM Tris-HCl pH = 7.9,50mM 葡萄糖和1mM EDTA pH=8.0;
Buffer B:50mM Tris-HCl pH = 7.9,50mM KCl,1mM EDTA pH=8.0,0.5% Tween20和0.5% NP-40%;
Storage buffer:25mM Tris-HCl pH = 7.9,25mM KCl,0.1mM EDTA pH=8.0,50% 甘油,0.5mM PMSF,1mM DTT;
其它试剂依照说明书使用。
本发明的优点在于:本发明提供了一种新的Taq-DNA聚合酶提取和纯化的方法。该方法充分利用了乙醇对蛋白质的沉淀作用和核酸酶活性,简化了Taq-DNA聚合酶提取和纯化的步骤,缩短了操作时间和节约了成本。与已知的提取方法相比,我们的方法具有简单、快速和成本低的特点,完全去除了Taq-DNA聚合酶提取产物中的核酸污染。提取的Taq-DNA聚合酶可以应用于各种PCR反应中,包括实时定量PCR反应。
附图说明
图1:DNase I和RNase A酶处理前后,粗酶和乙醇沉淀后的酶液中DNA和RNA的含量。取10μL样液,琼脂糖凝胶电泳。如图所示,经DNase I和RNase A处理后,酶液中DNA和RNA完全消失。
图2:电泳检测硫酸铵法[Pluthero FG(1993)的方法]和乙醇沉淀法所提酶液中DNA与RNA的污染。取10μL 酶液,琼脂糖凝胶电泳。如图所示,使用硫酸铵法所提取的酶液,经透析后还残留有少量的DNA,而使用本发明方法所制的酶液中无DNA残留。
图3:琼脂糖凝胶电泳检测不同浓度乙醇沉淀的Taq-DNA 聚合酶活性。经40%、45%、50%、55%、66.7%(2倍体积的乙醇)和70%的乙醇纯化后,PCR反应测定后,琼脂糖电泳检测酶液的活力。M:标准长度的DNA;ck:表示商用酶,购置于上海生工生物工程有限公司;其中酶的量是稀释20倍以后所加入的量。所扩增的基因为水稻actin基因。
图4:不同浓度乙醇沉淀Taq DNA 聚合酶的SDS-PAGE电泳结果。M:标准分子量大小的蛋白质。
经40%、45%、50%、55%、66.7%(2倍体积的乙醇)和70%的乙醇纯化后,取10μL酶液,SDS-聚丙烯酰胺电泳检测酶液纯度和目标蛋白的含量。
图5:低浓度乙醇沉淀Taq-DNA 聚合酶的活性测定。所扩增的基因为水稻actin基因。
图6:高浓度乙醇沉淀Taq-DNA 聚合酶的活性测定。所扩增的基因为水稻actin基因。
图7:对比分析硫酸铵沉淀的和乙醇沉淀的Taq-DNA聚合酶对不同大小片段的扩增。M:标准长度的DNA(从上到下分别为1.5kb、1kb、750bp、250bp和100bp)。Water:空白对照,所扩增基因分别为:1:拟南芥SMXL7片段(420bp);2:SMXL6(749bp);3:SMXL7(1147bp);4:水稻Wrky10基因启动子(1460bp)。
图8:为本发明方法所制的Taq DNA 聚合酶用于qPCR 实验的扩增曲线。所扩增基因分别为:水稻Actin基因。
图9:为本发明方法所制的Taq DNA 聚合酶用于qPCR 实验的溶解曲线。所扩增基因分别为:水稻Actin基因。
具体实施方式
实施例一:
按上述实验方案,提取了Taq-DNA聚合酶,为检测 DNase I与 RNase A对酶液中的 DNA与 RNA处理效果,通过裂解细胞-加热离心-取上清,在上清中分别以不加 RNase A 和 DNase I、只加 DNase I、只加 RNase A以及同时加入RNase A 和 DNase I 为变量,处理后留样,其余样用乙醇沉淀。图1为10μL样液琼脂糖电泳结果。从图中可以看出DNase I与 RNase A可以有效的除去酶液中的DNA与RNA。
实施例二:
目前,实验室内制备Taq-DNA聚合酶主要应用的是Pluthero FG(1993)的方法。具体操作参照论文Rapid purification of high-activity Taq DNA polymerase. Nucleic acids research, 1993, 21(20): 4850-1。我们依照其实验方案,制备和纯化了Taq-DNA聚合酶。电泳检测发现采用该方法制备的酶液中含有少量DNA污染,而我们制备的酶则没有DNA污染(图2)。
实施例三:
为了鉴定不同浓度的乙醇对Taq-DNA聚合酶的影响,我们检测了不同浓度的乙醇对Taq-DNA聚合酶的纯化效果。含有Taq-DNA聚合酶的大肠杆菌菌株,经裂解、DNase I和RNase A处理后,分成六等份,加入乙醇分别至40%、45%、50%、55%、66.7%和70%,离心沉淀Taq-DNA聚合酶。而后加入等量的Storage buffer溶解该酶,取等量的酶液检测其活性。检测结果见图3。从图3看,不同浓度乙醇沉淀的酶,其酶活差异不大,但乙醇终浓度为55% 沉淀的Taq DNA 聚合酶活力最高。同时,取等量酶液,聚丙烯酰胺凝胶电泳检测酶液中蛋白的纯度(图4)。66.7%和70%酶液中杂蛋白含量最高,但目标蛋白的含量不是最高的。40%、45%、50%、55%乙醇沉淀的酶液杂蛋白较少,而55%乙醇沉淀的酶中目标蛋白的含量最高。综上,我们认为,采用55%乙醇沉淀Taq-DNA聚合酶效果最好。
实施例四:
为了鉴定乙醇对Taq-DNA聚合酶纯化效果的下限和上限。含有Taq-DNA聚合酶的大肠杆菌菌株,经裂解、DNase I和RNase A处理后,分成九等份,加入乙醇分别至10%、15%、20%、25%、30%、35%、75%、80%和85%,离心沉淀Taq-DNA聚合酶。而后加入等量的Storage buffer溶解该酶,取等量的酶液检测其活性。检测结果见图5。从图5看,在低于15%浓度的乙醇的沉淀产物中,几乎不能检测到Taq-DNA聚合酶活性;而85%乙醇的沉淀物中,仍然有较强的酶活性(图6)。但随着乙醇浓度的升高,酶活力逐步下降。
实施例五:
为了检测本发明方案所提取的Taq-DNA聚合酶是否可以应用于常规PCR扩增,我们随机选取了4对扩增大小不同的引物,分别扩增拟南芥SMXL7片段、SMXL6、SMXL7基因和水稻Wrky10基因启动子片段,大小分别为420 bp,749 bp,1.147 kb和1.46 kb。由图7可见,本发明方案所提取的Taq-DNA聚合酶完全可以用于常规PCR反应,与硫酸铵沉淀[Pluthero FG(1993)的方法]所提取的酶没有差异。
实施例六:
本发明方案所提取的Taq-DNA聚合酶可以应用与Real-time PCR(qPCR)反应。反应依照下面PCR配方配置,
qPCR扩增体系:
反应在ABI 7500仪进行,扩增检测水稻actin基因,三次重复。图8和9分别为qPCR反应的扩增曲线和溶解曲线。可得本发明方法所制的Taq DNA 聚合酶适用于qPCR实验。
以上所述仅为本发明的较佳实施例,凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰,皆应属本发明的涵盖范围。
机译: [0001]本发明涉及一种在湿润剂,去污剂和/或清洁剂领域中简单纯化活性物质和/或活性物质和相关物质的混合物的方法[用于容易地纯化有价值的材料的方法和/或它们在润湿,清洗和/或清洁剂及相关物质领域的混合物]
机译: 纯化的DNA聚合酶,重组DNA聚合酶,其制备方法,分离的DNA序列和用于聚合酶链反应的试剂盒
机译: 一种生产和纯化肺炎链球菌的dna-聚合酶i的羧基末端片段的方法