两种萤火虫荧光素酶活性检测方法的一致性比较

目的:比较2种萤火虫荧光素酶活性检测方法的一致性。方法:分别采用化学发光技术(Che)及活体光学成像技术(Bio),从细胞和动物水平检测在转染以萤火虫荧光素酶为报告基因的载体pCI-AAA-Fluc-neo后不同时间点,萤火虫荧光素酶的表达强度。结果:在细胞和动物水平,萤火虫荧光素酶的表达强度均随时间推移逐步递减。在HepG2细胞,萤火虫荧光素酶表达持续96 h,活性从24 h的2781±220 mV(1.6×106±2.3×105光子)降至96 h的49±3.5 mV(6.4×104±2.5×104光子)。在动物水平得到相似的结果,BALB/c小鼠萤火虫荧光素酶表达持续20 d,其活性从1 d的16592±409 mV(1.9×108±3.6×106光子)降至20 d的798±139 mV(3.37×105±3.8×104光子)。通过一致性检验,2种检测方法在细胞和动物水平的直线回归方程分别为lgChe=1.186.lgBio-3.764(r=0.937,P<0.001)和lgChe=0.451.lgBio+0.64(r=0.915,P<0.001);进一步将理论数据与实验数据进行配对t检验,二者无统计学差异(P>0.05)。结论:2种检测方法是一致的;从整个实验过程来看,活体光学成像技术较化学发光法更为简便、直观,可量化地对同一个体连续检测,减少了个体间差异和实验动物用量。

萤火虫荧光素酶法测定昆虫组织ATP含量

以测定柞蚕神经内分泌组织中ＡＴＰ含量为例，详细介绍了萤火虫荧光素酶法测定昆虫组织中ＡＴＰ含量技术。该技术具有灵敏度高、专一性强、简便、经济等优点。

荧光染料双染流式法和萤火虫荧光素酶法检测CAR-T细胞杀伤的方法学研究

目的:比较荧光染料双染流式法和萤火虫荧光素酶法两种杀伤实验方法在嵌合抗原受体T(chimeric antigen receptor-T,CAR-T)细胞针对不同性质靶细胞开展杀伤实验时的适用性。方法:针对两种不同性质的靶细胞(悬浮细胞和贴壁细胞),采用荧光染料双染流式法和萤火虫荧光素酶法开展CAR-T细胞的杀伤实验,比较实验结果的精确性和趋势的一致性。结果:荧光染料双染流式法在靶细胞为悬浮细胞的杀伤实验中能检测到具有统计意义的显著杀伤(P<0.01),但在靶细胞为贴壁细胞的实验中差异不显著;萤火虫荧光素酶法在悬浮和贴壁两种靶细胞的杀伤实验中都能检测到显著的杀伤(P<0.01)。结论:荧光染料双染流式法更适合靶细胞为悬浮细胞的杀伤实验,而萤火虫荧光素酶法对悬浮细胞和贴壁细胞都适合,因此在具体应用过程中应注意区别对待。

重组双荧光素酶报告基因质粒psiCHECK-2-Intron构建转染及转染细胞萤火虫荧光素酶和海肾荧光素酶表达

目的构建重组双荧光素酶报告基因质粒psiCHECK-2-Intron,并观察其在非小细胞肺癌细胞株PC-9转染后对萤火虫荧光素酶、海肾荧光素酶表达。方法以双荧光素酶报告基因质粒psiCHECK-2中的嵌合体内含子(设计长度为133 bp)为模板,PCR扩增后插入到psiCHECK-2质粒中,即获得重组双荧光素酶报告基因质粒psi-CHECK-2-Intron。取psiCHECK-2-Intron质粒,转染至感受态大肠杆菌中,采用琼脂糖凝胶电泳实验观察目的基因片段长度,并对目的基因片段进行基因测序。将重组双荧光素酶报告基因质粒psiCHECK-2-Intron、双荧光素酶报告基因质粒psiCHECK-2分别转染至PC-9细胞中,记为转染组、对照组,采用qRT-PCR法检测两组细胞中萤火虫荧光素酶mRNA、海肾荧光素酶mRNA,采用双荧光素酶活性实验检测两组细胞中萤火虫荧光素酶活性、海肾荧光素酶活性。结果目的基因片段长度为133 bp,基因序列正确,无突变和缺失,表明重组双荧光素酶报告基因质粒psiCHECK-2-Intron构建成功。转染组细胞中萤火虫荧光素酶mRNA、海肾荧光素酶mRNA的相对表达量分别为2.213±0.038、2.004±0.025,对照组分别为1.004±0.012、1.003±0.010,两组相比,P均<0.05。转染组细胞中萤火虫荧光素酶活性、海肾荧光素酶活性分别为2.974±0.099、1.948±0.052,对照组分别为1.000±0.018、1.000±0.020,两组相比,P均<0.05。结论成功构建了重组双荧光素酶报告基因质粒psiCHECK-2-Intron;psiCHECK-2-Intron转染PC-9细胞后,细胞中萤火虫荧光素酶、海肾荧光素酶的表达均升高。

萤火虫荧光素酶标记结直肠癌模型的建立

针对小鼠结直肠癌细胞(CT26)构建能够稳定表达萤火虫荧光素酶Firefly luciferase(Fluc)以及具有嘌呤霉素抗性的CT26-Fluc细胞株,并建立其荷瘤鼠模型。采用同源重组技术将Firefly luciferase基因片段整合至转座子系统中得到质粒,将所得质粒转染进入CT26原始细胞株,使其在该细胞内表达。后通过细胞敏感性实验获得CT26最低致死浓度,筛选获得稳定表达荧光素酶的CT26-Fluc单克隆细胞系。流式细胞仪检测CT26-Fluc单克隆的纯度。同时利用显微观察等方法证实细胞增殖和细胞形态与CT26原始细胞系不存在显著差异。将构建成功的CT26-Fluc植入BALB/c小鼠右后侧背部皮下,通过小动物活体成像仪验证该细胞系能稳定表达荧光素酶,且能够用于小鼠结直肠癌成瘤模型。本实验成功构建了稳定表达Firefly luciferase的CT26-Fluc细胞系,为小鼠结直肠癌模型及其病灶转移机制的研究建立了技术基础。

萤火虫荧光素酶标记的马尔尼菲篮状菌的构建与应用

目的:构建稳定表达萤火虫荧光素酶(Luc)的马尔尼菲篮状菌(TM),并进行生长状况和毒力的评估,为TM研究提供新手段和新工具。方法:构建Luc基因表达质粒pCAMBIA1303-TrpC-Hygro-gpdA-Luc,通过琼脂糖凝胶电泳和测序手段验证质粒是否携带Luc基因。采用农杆菌介导转化法将Luc插入TM基因组,在含有潮霉素培养基上筛选转化成功的TM转化子(TM-Luc)。于PDA培养基(27°C)中连续培养TM标准株ATCC18224和TM-Luc 14 d,记录二者的生长情况,挑取单个菌落进行乳酸酚棉蓝染色,荧光显微镜下观察两种菌株的形态。利用RT-qPCR和流式细胞术检测TM标准株和TM-Luc对THP-1来源巨噬细胞的杀伤情况。结果:经潮霉素筛选与电泳验证,得到稳定表达Luc的TM-Luc转化子。TM-Luc与荧光素底物结合后可发出荧光。在PDA培养基(27°C)连续培养14 d后,TM标准株菌落直径为(6.54±0.22)cm,TM-Luc菌落直径为(6.45±0.23)cm。两者表面均呈扁平绒毛状,并产生红色色素,生长曲线(P=0.273)与生长速率曲线(P=0.49)均无统计学差异(均P>0.05)。荧光显微镜镜下TM标准株和TM-Luc形态相似。流式细胞术显示TM标准株对THP-1来源的巨噬细胞杀伤作用较强于TM-Luc,在48 h时差异具有统计学意义(P=0.0156),在72 h时差异无统计学意义(P=0.1033)。炎症因子TNFA(24 h P=0.1529,48 h P=0.1115)与IL1B(24 h P=0.1338,48 h P=0.6921)在24 h、48 h表达差异均无统计学意义(均P>0.05)。结论:TM-Luc与TM标准株形态学与功能学特征相似,可作为工具菌用于细胞感染和动物感染模型上,以便于更加直观地评估TM与宿主间的相互作用。

基于稳定表达萤火虫荧光素酶Vero细胞系体外病毒中和活性检测方法的建立及应用

目的建立一种基于稳定表达萤火虫荧光素酶(firefly luciferase,fluc)Vero细胞系的高通量检测方法,以评估样品的体外抗病毒中和活性。方法基于成簇规律间隔短回文重复序列(clustered regularly interspaced short palindromic repeats,CRISPR)/Cas9靶向基因编辑技术,构建一种稳定表达fluc的Vero细胞系,在此基础上建立痘病毒和呼吸道合胞病毒(respiratory syncytial virus,RSV)感染细胞活性检测方法,利用该方法评估痘病毒免疫血清及RSV单抗的中和活性,并与噬斑抑制法及细胞活力检测(adenosine triphosphate,ATP)法检测结果进行比较。结果成功构建了Vero-fluc细胞系,其细胞量与表达的fluc相关性良好(R^(2)=0.9948)。利用Vero-fluc细胞作为感染细胞验证的痘病毒中和活性检测方法具有良好的稳定性、可靠性[信噪比(signal/background ratio,S/B)=25],可满足高通量的检测需求(Z’=0.9),相比传统噬斑抑制法一致性强(R2=0.76),免疫血清的ID50值较噬斑法平均高出2倍。建立的RSV中和活性检测方法,检测的抗RSV单抗中和活性与ATP活性试剂盒检测结果一致,Vero-fluc细胞法在1∶103~1∶105的抗体滴度水平上抑制率显著高于ATP法。结论建立的基于Vero-fluc细胞系的病毒中和活性检测方法与传统方法相比,具有良好的相关性,结果可靠,且具有更高的灵敏度及检测通量,是一种通用型体外抗病毒中和活性评价方法。

小鼠WNT1基因启动子控制的萤火虫荧光素酶表达载体的构建

目的构建小鼠WNT1基因启动子控制的萤火虫荧光素酶表达载体,并检测其在P19细胞中的表达。方法采用PCR方法获得WNT1基因启动子最小功能单位和3'UTR区域在内的DNA片段。双酶切后插入到pGL3-Basic载体中构成重组表达载体,使萤火虫荧光素酶报告基因的表达受WNT1启动子控制。将构建的重组表达载体或pGL3-Basic载体分别与内参质粒pRL-SV40(表达海肾荧光素酶)共转染P19细胞,24 h后用双荧光检测试剂盒测定萤火虫荧光素酶及海肾荧光素酶活性。结果重组表达载体经双酶切及测序鉴定证明构建正确,空白对照组(荧光强度比值:2.820 4±0.294 4)与对照组(荧光强度比值:3.050 8±0.303 7)及WNT-3'UTR突变组(荧光强度比值:51.475 8±0.983 7)比较,差异均有统计学意义(Pa<0.001),该重组表达载体在P19细胞特异性高表达萤火虫荧光素酶。结论成功构建小鼠WNT1基因启动子控制的萤火虫荧光素酶表达载体,并检测到该载体在P19细胞的特异性表达。

大鼠GluR2基因启动子控制的萤火虫荧光素酶表达载体的构建

目的构建大鼠GluR2基因启动子控制的萤火虫荧光素酶表达载体，并检测其在神经元中的表达。方法采用PCR方法获得GluR2基因启动子区目的片段（-298～＋283），双酶切后插入到pGL3-Basic载体中构成重组表达载体，使萤火虫荧光素酶报告基因的表达受GluR2启动子控制。将构建的重组表达载体或pGL3-Basic载体分别与内参质粒pRL—CMV（表达海肾荧光素酶）共转染原代培养皮质神经元，24h后用双荧光检测试剂盒测定萤火虫荧光素酶及海肾荧光素酶活性。结果重组表达载体经双酶切及测序鉴定证明构建正确，该重组表达载体在神经元中特异性高表达萤火虫荧光素酶。结论成功构建大鼠GluR2基因启动子控制的萤火虫荧光素酶表达载体，并检测到该载体在神经元中的特异性表达。

基于萤火虫荧光素酶报告基因检测凋亡的系统构建及鉴定

为构建一个能够快速检测凋亡的含荧光素酶报告基因(Fluc)的真核表达质粒,采用PCR的方法将Caspase-3的识别基序Asp-Glu-Val-Asp (DEVD)四个氨基酸引入至Fluc基因的C端和N端之间;同时选取Asp-Glu-Val-Gly (DEVG)四个氨基酸作为阴性对照。随后重组片段分别克隆至分离型内含肽的N端和C端之间,并命名为pFluc-DEVD和pFluc-DEVG。将该表达质粒与海肾荧光素酶报告质粒(RLUC)同时转染至HeLa细胞,通过双荧光素酶报告基因和Western blotting实验检测细胞凋亡水平。双荧光素酶报告基因系统实验结果显示,当发生凋亡时,pFluc-DEVD质粒组表达的萤火虫荧光素酶的含量高出pFluc-DEVG质粒组约3倍。Western blotting检测结果显示,转染pFluc-DEVD质粒的细胞在凋亡药物刺激后,Fluc活化的蛋白显著增多,且Caspase-3 的活化程度与Fluc的表达呈正相关,并有显著的统计学差异。以上结果表明,pFluc-DEVD真核表达质粒表达的萤火虫荧光素酶蛋白能被细胞内的Caspase-3酶裂解,且该质粒能够精确地反映出细胞的凋亡水平,为后续进行凋亡定量检测提供了一个可借鉴的方法。

荧光素酶研究进展

荧光素酶 (Luciferase)可以分为萤火虫荧光素酶和细菌荧光素酶两大类。萤火虫荧光素酶是分子量为 60～ 64kD的多肽链 ,在Mg2 +、ATP、O2 存在时 ,催化D 荧光素 (D Luciferin)氧化脱羧 ,发出光 (λ =5 5 0～ 5 80nm)。细菌荧光素酶是含α、β两个多肽亚基的加单氧酶 ,它催化长链脂肪醛、FMNH2 和O2 的氧化反应 ,发出绿蓝光 (λ =490nm)。萤火虫荧光素酶和细菌荧光素酶可分别从萤火虫和发光细菌中直接提前 ,亦可用基因工程的方法进行生产。荧光素酶催化的发光反应能用生物发光检测仪进行灵敏、快速检测 ,因此该酶有多方面的用途 ,如应用于快速检测、报告基因分析。

中华黄萤荧光素酶的性质

近年来,萤火虫荧光素酶催化的生物发光反应被广泛的应用到ATP检测、细菌数目检测、环境监测和其他生物学研究之中。通过对中华黄萤荧光素酶的性质研究,发现其分子量为6 400左右,是一种非典型的Michaelis-Menten氏酶,对底物之一的ATP动力学曲线为S型。最适反应温度为20～25℃,对温度极其敏感,当反应温度高于30℃时,该酶的活性快速失活。该荧光素酶的最适pH=6.5。随着pH值的下降该荧光素酶生物发光的最大发射光波长没有明显的红移现象。Mg^(2+)和Mn^(2+)对该酶活性的激活效果比较接近,最佳的激活浓度均在1mmol/L附近,而Ca^(2+)最佳的激活浓度则小于1 mmol/L,且激活的效果只有Mg^(2+)作用效果的50%左右。和Hg^(2+)、Cd^(2+)等离子一样,Cu^(2+)会在一定程度上抑制该荧光素酶的活性。该酶的稳定性较差,对盐浓度和光照比较敏感,高浓度的盐类和长时间的日光照射能够使酶失活。谷胱甘肽(GSH)和二硫苏糖醇(DTT)是该酶较好的保护剂,可以提高该酶在一定时间内的稳定性,其中前者的作用效果要好于后者。

双荧光素酶报告基因系统的应用研究进展

双报告基因即在一个信号系统内同时表达,但独立测量的两个荧光酶的报告基因。在双报告基因系统中,一个报告基因活性的改变,与基因表达的特定实验条件相关,而另个报告基因的组成型活性则提供内对照,使实验值正态化。目前很多实验都采用了荧光素酶报告基因(Luc),但从检测速度、灵敏度和线性范围来考虑,双荧光素酶即萤火虫荧光素酶(firefly luciferase)和海肾荧光素酶(Renilla luciferase)的组合,可以较好地体现检测结果的精确性。本文以萤火虫双荧光素酶报告基因系统为重点,综述了该报告系统的特点、应用和近年来的研究进展。

荧光素酶编码基因luc在大肠杆菌中的克隆、表达及纯化

以荧光虫荧光素酶报告载体pXP2 DNA为模板,扩增得到编码萤火虫荧光素酶(LUC)的基因(luc),构建了诱导型表达载体pQE30-luc。将载体导入E.coliM15获得高效诱导表达萤火虫荧光素酶基因的重组菌M15/pQE30-luc。SDS-PAGE电泳分析显示:重组蛋白的相对分子质量为60 000,表达量占全菌胞内可溶性蛋白质的50.9%.利用表达载体pQE30上的His.Tag标记选用Ni柱纯化表达具有活性的萤火虫荧光素酶(LUC),纯化后比酶活达到1.43×109RFU/mg,纯化倍数达10.6倍,回收率为25.3%.

含荧光素酶四膜虫B2086-LUC全细胞生物传感器的构建及其对重金属离子的响应

为了获得可用于快速检测环境中重金属污染的全细胞生物传感器,本研究将含有HA标签的萤火虫荧光素酶(LUC)基因重组到含有四膜虫金属硫蛋白MTT1启动子和微管蛋白终止子序列的载体pBX中,获得重组质粒pBX-LUC,用基因枪粒子轰击法将pBX-LUC转化入四膜虫细胞中,通过同源重组和巴龙霉素抗性筛选,LUC基因整合到四膜虫大核基因组MTT1位点,获得含有LUC基因的细胞株B2086-LUC.B2086-LUC对重金属镉和汞的响应敏感,可检测的最低浓度为5-10ng/mL;对铜和锌的响应较弱,可检测的最低浓度为0.5-1mg/mL.因此,四膜虫B2086-LUC可作为环境中镉和汞污染快速检测的全细胞生物传感器.

荧光素酶基因luc在大肠杆菌中表达条件优化

对重组荧光素酶大肠杆菌菌株M15/pQE30-luc进行了表达条件的优化研究。单因素结果表明:在初始pH值7.0,装液量为20%,2%的接种量,终浓度为0.5mmol/L的IPTG,添加10～30mmol/L的Mg2+,摇床转速为200r/min,37℃诱导3.5h酶的表达量最高。正交试验结果表明:初始pH值为7.0,添加40mmol/LMg2+,接种量2%,装液量为20%时表达量最高,比酶活达1.63×108RFU/mg蛋白。

卵黄萤荧光素再生酶基因的克隆与序列分析

目的克隆和分析荧光素再生酶基因(LRE)。方法通过GeneBank中已知的荧光素再生酶基因保守区段设计引物,利用5’RACE(rapid-amplification of cDNA ends)和3’RACE技术克隆了来自云南省西双版纳州的卵黄萤(Luciola ovalis)荧光素再生酶基因cDNA和全基因序列。通过GeneBank、National Center for Biotechnology Information和ProDom at the ExPASy Server软件和数据库进行序列分析。结果卵黄萤荧光素再生酶的cDNA序列和基因序列存在2个不同碱基位点,但是它们编码的荧光素再生酶是相同的。卵黄萤荧光素再生酶基因全长(从起始密码子到终止密码子)为1131bp,包含5个外显子4个内含子,其cDNA序列为1008bp,包含924bp的荧光素酶基因开放阅读框和84bp的3’UTR序列。卵黄萤荧光素酶基因的开放阅读框编码1个307个氨基酸的蛋白质。它与北美萤火虫(Photinus pyralis)荧光素再生酶在碱基序列和氨基酸序列上分别有61.8%和53.3%的相似性。结论成功地克隆了荧光素再生酶的cDNA和基因序列,为其在基因工程中的应用奠定了基础。

萤火虫的“闪光点”

2008年10月8日,瑞典皇家科学院诺贝尔奖委员会宣布,将本年度诺贝尔化学奖授予美国科学家下村修、马丁·查尔菲,美国华裔化学家钱永健,以表彰他们在发现和研究绿色荧光蛋白(Greer Fluorescent Protein,简称GFP)方面的杰出贡献。利用绿色荧光蛋白在紫外光下能发出绿色荧光这一特性,可以标识不同的细胞和蛋白质。绿色荧光蛋白就像标签一样,帮助研究人员辨认出先前肉眼无法看到的生命现象或疾病过程,比如脑神经细胞的发展或癌症细胞扩散,也可以跟踪发育过程中各种不同细胞的命运。事实上,有一种称为荧光素酶的催化蛋白也有着异曲同工之妙,而这种酶最早发现于渺小的萤火虫体内。不仅如此,萤火虫在生态旅游、环境指示等方面也给生活在后工业时代的我们带来了更多的启示。让我们一睹我们熟悉而又陌生的朋友——

ATP荧光快检:生物传感器的应用不是梦——访沈阳中科靓马生物工程有限公司技术总监金振华教授

ATP荧光法是根据萤火虫发光原理开发的快速检测技术。萤火虫会发光是由于它能合成将化学物质的化学能转变为光能的生物催化剂，萤火虫荧光素酶（简称虫光素酶，luciferase）、虫荧光素（D-luciferin）以及ATP（三磷酸腺苷，所有细胞生物都能产生的能源物质）。在有氧条件下，虫荧光素酶催化虫荧光素生成氧化荧光素并发出荧光。如果具备上述条件，即使在萤火虫体外的系统也可以发出荧光。

荧光素酶及其应用

介绍了细菌荧光素酶基因(lux)和萤火虫荧光素酶基因(luc)的结构特点和二者的差异,概述了该酶作为报告基因在基础研究和实践(污染物监测、急性毒性和遗传毒性监测、微生物监测等)中的应用,肯定了该酶作为报告基因的广阔应用前景。