Tạp chí Công nghệ Sinh học 14(2): 353-359, 2016 353 TỔNG HỢP VÀ BIỂU HIỆN GEN CAF1 MÃ HÓA KHÁNG NGUYÊN F1 CỦA VI KHUẨN YERSINIA PESTIS Nguyễn Thị Thu Hà 1 , Nguyễn Phượng Minh 1 , Lê Trọng Tài 1 , Phạm Tiến Dũng 2 , Lê Quang Hòa 2 1 Viện Hóa học, Môi trường Quân sự, Bộ Tư lệnh Hóa học 2 Viện Công nghệ sinh học và Công nghệ thực phẩm, Đại học Bách khoa Hà Nội Ngày nhận bài: 05.4.2016 Ngày nhận đăng: 20.6.2016 TÓM TẮT Vi khuẩn Yersinia pestis là tác nhân gây bệnh dịch hạch, một trong những loại bệnh truyền nhiễm nguy hiểm nhất được biết cho đến nay đã gây ra hàng triệu ca tử vong trên thế giới và có thể được sử dụng như một vũ khí sinh học có tính hủy diệt cao. Để chẩn đoán bệnh dịch hạch ở người cũng như phát hiện Y. pestis trong môi trường, người ta thường dựa trên việc phát hiện kháng nguyên nang F1 của loại vi khuẩn này. Mục tiêu của nghiên cứu này là nhằm tạo kháng nguyên F1 của Y. pestis để làm nguyên liệu cho que thử sắc ký miễn dịch phát hiện nhanh Y. pestis. Do việc nuôi cấy Y. pestis để thu nhận kháng nguyên F1 hoặc DNA của vi khuẩn này rất khó khăn nên chúng tôi đã tiến hành tổng hợp nhân tạo gen mục tiêu caf1, mã hóa kháng nguyên F1, nhằm biểu hiện trong tế bào Escherichia coli. Sau khi tối ưu hóa mã bộ ba mã hóa amino acid (codon) cho E. coli, gen caf1 đã được tổng hợp bằng phương pháp “gapless” PCR. Kết quả giải trình tự cho thấy phương pháp này cho phép tổng hợp được trình tự gen mục tiêu với độ chính xác là 2/6 dòng plasmid. Tiếp đó, trình tự gen này đã được đưa vào vector pET-52b(+) và biểu hiện trong tế bào E. coli BL21 (DE3) ở dạng dung hợp với đuôi ái lực (His) 10 . Các kết quả điện di protein SDS-PAGE, tinh sạch protein bằng sắc ký ái lực Ni và Western blot cho thấy kháng nguyên tái tổ hợp F1 đã được tạo ra thành công với hiệu suất lớn ở dạng thể vùi trong tế bào E. coli. Từ khóa: Biểu hiện, dịch hạch, kháng nguyên F1, tổng hợp gen, Yersinia pestis MỞ ĐẦU Dịch hạch là một bệnh truyền nhiễm tiến triển cấp tính, cực kỳ nguy hiểm do vi khuẩn Yersinia pestis gây ra. Bệnh lưu hành trong quần thể một số loài động vật gặm nhấm (chủ yếu là chuột) và bọ chét ký sinh trên chúng rồi từ đó lây truyền sang người qua trung gian bọ chét nhiễm khuẩn. Trong lịch sử loài người được ghi nhận cho đến nay, dịch hạch là loại bệnh truyền nhiễm với số ca tử vong cao nhất (khoảng 200 triệu ca) (Perry, Fetherston, 1997). Hiện nay, bệnh dịch hạch vẫn đang lưu hành rải rác tại một số quốc gia trên thế giới. Trong những năm gần đây, tại Việt Nam không ghi nhận trường hợp nào mắc bệnh dịch hạch. Tuy nhiên, nguy cơ lây lan bệnh dịch hạch từ nước ngoài vào Việt Nam là rất lớn. Mặt khác, Y. pestis còn có thể được sử dụng như vũ khí sinh học với tính hủy diệt rất lớn, gây lo ngại cho cộng đồng quốc tế đặc biệt trong thời điểm hiện nay khi các vụ khủng bố liên tiếp diễn ra trên thế giới. Về tác nhân gây bệnh, Y. pestis là trực khuẩn, Gram âm, không di động, không hình thành bào tử thuộc họ Enterobacteriaceae. Ở người và động vật, vi khuẩn này sinh trưởng trong đại thực bào, lan tràn trong các tế bào dạng biểu mô sau đó lan ra toàn bộ cơ thể (Zhou et al., 2006). Sau khi nhiễm vào cơ thể, Y. pestis tiết ra một protein nang được gọi là kháng nguyên F1, chỉ có ở Y. pestis. Do vậy, kháng nguyên này thường được sử dụng trong chẩn đoán bệnh dịch hạch hay phát hiện Y. pestis trong môi trường. Ở Y. pestis, quá trình tổng hợp và tiết kháng nguyên F1 được mã hóa bởi operon F1 bao gồm 4 gen caf1, caf1M, caf1A và caf1R nằm trên plasmid pMT1, trong đó caf1 mã hóa kháng nguyên F1, caf1M và caf1A đóng vai trò trong việc tạo cấu trúc và tiết protein ra bên ngoài tế bào, caf1R đóng vai trò trong điều hòa quá trình phiên mã các gen trên operon (Zhou et al., 2006). Về mặt cấu trúc, kháng nguyên F1 là một chuỗi polypeptide bao gồm 170 amino acid, khối lượng phân tử từ 17-17,6 kDa, điểm đẳng điện 4,1 - 4,4 (Andrews et al., 1996; Galyov et al., 1990). Kháng nguyên F1 là một protein có tính kị nước với cấu trúc bậc hai gấp nếp β (Andrews et al., 1996; Galyov et al., 1990). Nhằm tạo kháng nguyên F1 làm nguyên liệu để chẩn đoán bệnh dịch hạch, nhiều nghiên cứu đã biểu