表面展示技术由George P.Smith等在1985年创立。最早建立的噬菌体表面展示系统,目前已经相当成熟。基于噬菌体表面展示系统来筛选抗体,一直以来都存在一些如无法展示分子质量较大的蛋白质,或是外源蛋白质的插入导致其感染能力下降等问题。为了解决这些问题,细菌等多种类型的表面展示系统逐渐发展起来。

细菌表面展示系统可供选择的宿主细菌种类繁多,同时各种成熟的表达载体也应有尽有,可根据研究需要进行不同的选择、改造甚至组合,从而实现不同类型和方式的展示。

目前常用于细菌表面展示的宿主菌有大肠杆菌、乳酸菌、黄单胞菌、恶臭假单胞菌和芽孢杆菌等,可根据不同研究目的和应用方向进行选择。

细菌展示系统的选择

不同的展示系统具有不同的优缺点,选用展示系统时首先要考虑的是载体蛋白与靶标蛋白的相容性,包括:是否会影响靶标蛋白的活性、靶标蛋白大小是否超出系统的展示能力范围等。

下表为一些常见细菌表面展示系统的基本信息:

宿主菌 载体蛋白 优点
脑膜炎奈瑟菌 fHbp 特殊疾病的疫苗开发与传递,可作为佐剂引起免疫应答。
乳酸菌 PgsA、BmpA、M6等 生物安全性高;适应性强;可直接输送生物活性物质至胃肠道黏膜。
大肠杆菌 OmpC、OmpS、 INP等 种类繁多;遗传背景研究透彻;周期短;应用范围广。
恶臭假单胞菌 MATE 耐高温;能耐受各种毒素和有机溶剂等不利因素。
芽孢杆菌 CotB、CotC、CotG等 稳定性高;对热、辐射和化学物质的抵抗力强;遗传信息明了;操作技术成熟;分离纯化简单。
真氧产碱杆菌 FhuA、IgA、OmpA等 具有优异的催化活性,可重复利用。

细菌表面展示技术的应用

在生物修复中的应用

社会的快速发展带来一系列的环境和生态安全问题,其中环境污染问题已经到了无法忽视的地步。有研究发现,将能特异性识别蓝藻表面脂多糖的凝集素通过表面展示技术表达于大肠杆菌的外膜上,利用凝集素与脂多糖的特异性识别去黏附蓝藻,借此来治理蓝藻水华。

此外,使用大肠杆菌表面展示三苯甲烷还原酶对染料分子进行分解来解决工业废水污染也取得良好的效果;再者,将金属结合肽展示在细菌表面,通过金属结合肽与金属离子之间的结合力将金属吸附在细胞表面,一方面可以解决污染问题,另一方面还对金属进行收集运用。

制备生物传感器

随着表面展示技术的发展,微生物表面展示获取和固定酶用于酶电化学生物传感器的研究已取得长足进展。例如利用表面展示木糖脱氢酶构建的检测D-木糖的生物传感器,以及基于细菌表面展示谷氨酸脱氢酶对L谷氨酸进行检测的生物传感器等等。

将细菌表面展示技术运用到生物传感器中不仅解决了生物识别元件生产难的问题,同时也拓展了细菌表面展示技术的应用。这两者的结合在未来快速、智能检测领域将有更令人期待的。