对鲍氏志贺氏菌8型和大肠杆菌0143的o－抗原特异的核苷酸的制作方法

专利名称：对鲍氏志贺氏菌8型和大肠杆菌0143的o－抗原特异的核苷酸的制作方法
技术领域：
本发明涉及鲍氏志贺氏菌8型(Shigella boydii 8)中控制O-抗原合成的基因簇的核苷酸全序列，特别是涉及鲍氏志贺氏菌8型中控制O-抗原合成的基因簇中的寡核苷酸，可利用这些对O-抗原特异的寡核苷酸快速、准确地检测人体及环境中的鲍氏志贺氏菌8型和大肠杆菌O143(Escherichia coliO143)并鉴定这些致病菌中的O-抗原。
O-抗原是革兰氏阴性细菌脂多糖中的O特异性多糖成分，它由许多重复的寡糖单位组成。O-抗原的合成过程研究得较清楚先由糖基转移酶将核苷二磷酸单糖转移到一个固定在细胞内膜的脂分子上，然后在内膜的内侧合成寡糖单位，O-抗原的寡糖单位再通过转运酶被转移到内膜外侧，而后通过聚合酶聚合成多糖，再被连接到一个糖脂分子上形成脂多糖分子[Whitfield，C.(1995)“Biosynthesis of lipopolysaccharide Oantigens”.Trends in Microbiology.3178-185；Schnaitman，C.A.andJ.D.Klena.(1993)“Genetics of lipopolysaccharide biosynthesis inentericbacteria”.Microbiological Reviews，57(3)655-682]。编码负责O-抗原合成的所有酶分子的基因一般在染色体上相邻排列，形成一个基因簇[Reeves，P.R.，et al.(1996)“Bacterial polysaccharide synthesis and genenomenclature”Trends in Microbiology，4495-503]。在志贺氏菌、大肠杆菌和沙门氏菌中，O-抗原基因簇位于galF和gnd基因之间[Lei Wang.et al(2001)“Sequence analysis of four Shigella boydii O-antigen lociimplicationfor Escherichia coli and Shigella relationships”.Infection andImmunity，116923-6930；Lei Wang and Peter Reeves(2000)“TheEscherichia coli O111 and Salmonella enterica O35 gene clustersgeneclusters encoding the same col itose-containing O antigen are highlyconserved”.Journal of Bacteriology.1825256-5261]。O-抗原基因簇含有三类基因糖合成路径基因，糖基转移酶基因，寡糖单位处理基因。其中糖合成路径基因编码的酶合成O-抗原所需的核苷二磷酸单糖；糖基转移酶基因编码的酶将核苷二磷酸单糖及其它分子转到单糖上从而使单糖聚合成寡糖单位；寡糖单位处理基因包括转运酶基因和聚合酶基因，它们将寡糖单位转移到细菌内膜外侧，再聚合成多糖。糖基转移酶基因和寡糖单位处理基因只存在于携带这些基因的基因簇里。O-抗原中单糖的不同，单糖间联结键的不同和寡糖单位之间联结键的不同构成了O-抗原的多样性，而单糖的合成、单糖间的联结键及寡糖单位之间的联结键是由O-抗原基因簇中的基因控制着，所以O-抗原基因簇决定了O-抗原的合成，也决定了O-抗原的多样性。
因为O-抗原是极强的抗原，是志贺氏菌重要的致病因素之一，同时它又具有极强的多样性，这启示我们能研究一种快速、准确地检测志贺氏菌及其O-抗原的特异性好、灵敏度高的方法。以表面多糖为目标的血清学免疫反应自上世纪30年代以来一直被用于对细菌的分型和鉴定，是鉴定致病菌的唯一的手段。这种诊断方法需要大量的抗血清，而抗血清一般种类不全，数量不足，大量的抗血清在制备和储存中也存在一些困难。另一方面此法耗时长、灵敏度低、漏检率高、准确性差，所以，现在普遍认为这种传统的血清学检测方法将为现代分子生物学方法取代。1993年，Luk，J.M.C et.al用沙门氏菌(S.enterica)O-抗原基因簇的特异核苷酸序列通过PCR方法鉴定了沙门氏菌的O-抗原[Luk，J.M.C.et.al.(1993)“Selective amplification ofabequose and paratose synthase genes(rfb)by polymerase chain reactionfor identification of S.enterica major serogroups(A，B，C2，andD)”，J.Clin.Microbiol.312118-2123]。Luk，et.al的方法是将相应于沙门氏菌血清型E1，D1，A，B和C2的O-抗原内的CDP-阿比可糖和CDP-泰威糖的合成基因的核苷酸序列排列后得到对不同血清型的沙门氏菌特异的寡核苷酸。1996年，Paton，A.W et.al用针对E.coli O111的O-抗原特异的源于wbdI基因的寡核苷酸鉴定了一株产毒素的E.coli O111的血清型[“Molecularmicrobiological investigation of an outbreak of Hemolytic-UremicSyndrome caused by dry fermented sausage contaminated with Shiga-liketoxin producing Escherichia oli”.J.Clin.Microbiol.341622-1627]，但是后来的研究表明Paton，A.W et.al的用源于wbdI基因的寡核苷酸鉴定E.coli O111的血清型的方法有假阳性结果出现。Bastin D.A.and Reeves，P.R.认为，这是由于wbdI基因是一个推测的糖合成路径基因[Bastin D.A.andReeves，P.R.(1995)Sequence and analysis of the O antigen gene(rfb)cluster of Escherichia coli O111.Gene 16417-23]，而在其它细菌的O-抗原的结构中也可能有这个糖，所以糖合成路径基因对于O-抗原并不是高度特异的。
志贺氏菌有46种血清型，大肠杆菌有166种不同的O-抗原，二者亲缘关系非常近，并且有12种O-抗原是大肠杆菌和志贺氏菌共有的，其中鲍氏志贺氏菌8型和大肠杆菌O143就拥有相同的O-抗原[Ewing，W.H.(1986)“Edwardsand Ewing’s identification of the Enterobacteriaceae”.ElsevierScience Publishers，Amsterdam，The Netherlands；T.cheasty，et al.(1983)“Antigenic relationships between the enteroinvasive Escherichiacoli antigens O28ac，O112ac，O124，O136，O143，O144，O152 and O164 andShigella O antigens”J.clin Microbiol，17(4)681-684]，传统的血清型方法不能将它们区分。
本发明的次一目的是提供了鲍氏志贺氏菌8型的O-抗原基因簇的全长核苷酸序列。
本发明的另一目的是提供了构成鲍氏志贺氏菌8型的O-抗原基因簇的基因转运酶的基因即wzx基因或与wzx有相似功能的基因；聚合酶基因即wzy基因或与wzy有相似功能的基因；糖基转移酶基因，包括orf3、orf6、orf7、orf10基因。
本发明的又一目的是提供了寡核苷酸，它们分别源于鲍氏志贺氏菌8型的O-抗原基因簇中编码糖基转移酶的基因包括orf3、orf6、orf7、orf10基因；源于编码转运酶的基因即wzx基因或与wzx有相似功能的基因、源于编码聚合酶的基因即wzy基因或与wzy有相似功能的基因；它们是上述基因内的寡核苷酸，长度在10-20nt；它们对鲍氏志贺氏菌8型和大肠杆菌O143的O-抗原是特异的；尤其是表1中列出的寡核苷酸，它们对鲍氏志贺氏菌8型和大肠杆菌O143的O-抗原是高度特异的，而且这些寡核苷酸还可重新组合，组合后的寡核苷酸对鲍氏志贺氏菌8型和大肠杆菌O143的O-抗原也是高度特异的。
本发明的再一目的是提供的上述寡核苷酸可作为引物用于核酸扩增反应，或者作为探针用于杂交反应，或者用于制造基因芯片或微阵列，从而通过这些方法来检测和鉴定鲍氏志贺氏菌8型和大肠杆菌O143的O-抗原及检测和鉴定鲍氏志贺氏菌8型和大肠杆菌O143。
本发明的还一目的是提供了分离鲍氏志贺氏菌8型的O-抗原基因簇的全序列的方法。按照本方法操作可以获得其他细菌的O-抗原基因簇的全序列，也可以获得编码其他多糖抗原的细菌的基因簇的全序列。
本发明为实现上述目的所采用的技术方案是本发明对鲍氏志贺氏菌8型和大肠杆菌O143的O-抗原特异的核苷酸，其是如SEQ ID NO1所示的分离的核苷酸，全长15124个碱基；或者具有一个或多个插入、缺失或取代的碱基，同时保持所述分离的核苷酸功能的SEQ IDNO1的核苷酸。
前述的对鲍氏志贺氏菌8型和大肠杆菌O143的O-抗原特异的核苷酸，其由10个基因组成，它们都位于galF基因和gnd基因之间。
前述的对鲍氏志贺氏菌8型和大肠杆菌O143的O-抗原特异的核苷酸，其中所述的基因是转运酶基因，包括wzx基因或与wzx有相似功能的基因；聚合酶基因wzy基因或与wzy有相似功能的基因；糖基转移酶基因，包括orf3、orf6、orf7、orf10基因；其中所述的基因orf3是SEQ ID NO1中的3311至4228碱基的核苷酸；wzx是SEQ ID NO1中的4664至5869碱基的核苷酸；orf6是SEQ ID NO1中的5851至6744碱基的核苷酸；orf7是SEQ ID NO1中的6741至7856碱基的核苷酸；wzy是SEQ ID NO1中的7853至8935碱基的核苷酸；orf10是SEQ ID NO1中的12131至12934碱基的核苷酸。
前述的对鲍氏志贺氏菌8型和大肠杆菌O143的O-抗原特异的核苷酸，其中源于所述的wzx基因、wzy基因或糖基转移酶基因orf3、orf6、orf7、orf10基因；以及它们的混合或它们的重组。
前述的对鲍氏志贺氏菌8型和大肠杆菌O143的O-抗原特异的核苷酸，其中源于orf3基因的寡核苷酸对是SEQ ID NO1中的3455至3471碱基的核苷酸和3929至3946碱基的核苷酸；SEQ ID NO1中的3635至3653碱基的核苷酸和4037至4056碱基的核苷酸；SEQ ID NO1中的3740至3759碱基的核苷酸和4201至4220碱基的核苷酸；源于wzx基因的寡核苷酸对是SEQ ID NO1中的4843至4860碱基的核苷酸和5377至5394碱基的核苷酸；SEQ ID NO1中的4889至4906碱基的核苷酸和5461至5479碱基的核苷酸；SEQ ID NO1中的5391至5408碱基的核苷酸和5830至5847碱基的核苷酸；源于orf6基因的寡核苷酸对是SEQ ID NO1中的6032至6051碱基的核苷酸和6417至6435碱基的核苷酸；SEQ ID NO1中的6220至6239碱基的核苷酸和6671至6689碱基的核苷酸；SEQ ID NO1中的6087至6106碱基的核苷酸和6671至6689碱基的核苷酸；源于orf7基因的寡核苷酸对是SEQ ID NO1中的7194至7211碱基的核苷酸和7822至7839碱基的核苷酸；SEQ ID NO1中的6780至6797碱基的核苷酸和7222至7239碱基的核苷酸；SEQ ID NO1中的7010至7028碱基的核苷酸和7592至7626碱基的核苷酸；源于wzy基因的寡核苷酸对是SEQ ID NO1中的8211至8228碱基的核苷酸和8844至8861碱基的核苷酸；SEQ ID NO1中的7892至7911碱基的核苷酸和8414至8431碱基的核苷酸；SEQ ID NO1中的8038至8056碱基的核苷酸和8565至8582碱基的核苷酸；源于orf10基因的寡核苷酸对是SEQ ID NO1中的12152至12171碱基的核苷酸和12915至12932碱基的核苷酸；SEQ ID NO1中的12312至12329碱基的核苷酸和12843至12860碱基的核苷酸；SEQ ID NO1中的9934至9952碱基的核苷酸和10513至10530碱基的核苷酸。
前述的对鲍氏志贺氏菌8型和大肠杆菌O143的O-抗原特异的核苷酸在检测表达O-抗原的细菌、在诊断中鉴定细菌的O-抗原和细菌的其它多糖抗原的应用。
前述的对鲍氏志贺氏菌8型和大肠杆菌O143的O-抗原特异的核苷酸的重组分子，且通过插入表达可提供表达鲍氏志贺氏菌8型和大肠杆菌O143的O-抗原，并成为细菌疫苗。
前述的对鲍氏志贺氏菌8型和大肠杆菌O143的O-抗原特异的核苷酸的应用，其中它作为引物用于PCR、作为探针用于杂交反应与荧光检测、或者用于制造基因芯片或微阵列，检测人体和环境中的细菌。
前述的对鲍氏志贺氏菌8型和大肠杆菌O143的O-抗原特异的核苷酸的分离方法，其特征在于，其包括下述步骤(1)基因组的提取在5mL的LB培养基中37℃过夜培养志贺氏菌，离心收集细胞。用500ul 50mM Tris-HCl(pH8.0)和10ul 0.4M EDTA重悬细胞，37℃温育20分，然后加入10ul 10mg/ml的溶菌酶继续保温20分，之后加入3ul20mg/ml的蛋白酶K、15ul 10％SDS，50℃温育2小时，再加入3ul 10mg/ml的RNase，65℃ 30分，加等体积酚抽提混合物，取上清再用等体积的酚∶氯仿∶异戊醇(25∶24∶1)抽提两次，取上清再用等体积的乙醚抽提以除去残余的酚，上清用2倍体积乙醇沉淀DNA，用玻璃丝卷出DNA并用70％乙醇洗DNA，最后将DNA重悬于30ul TE中，基因组DNA通过0.4％的琼脂糖凝胶电泳检测；(2)通过PCR扩增鲍氏志贺氏菌8型中的O-抗原基因簇鲍氏志贺氏菌8型的O-抗原基因簇通过Long PCR扩增，首先根据经常发现于O-抗原基因簇启动子区的JumpStart序列设计上游引物(#1523-ATT GTG GCT GCA GGG ATCAAA GAA AT)，再根据O-抗原基因簇下游的gnd基因设计下游引物(#1524-TAGTCG CGT GNG CCT GGA TTA AGT TCG C)。用Boehringer Mannheim公司的ExpandLong Template PCR方法扩增O-抗原基因簇，PCR反应程序如下在94℃预变性2分；然后94℃变性10秒，60℃退火30秒，68℃延伸15分，这样进行30个循环。最后，在68℃继续延伸7分，得到PCR产物，用0.8％的琼脂糖凝胶电泳检测PCR产物的大小及其特异性。合并6管long PCR产物，并用Promega公司的Wizard PCR Preps纯化试剂盒纯化PCR产物；(3)构建O-抗原基因簇文库用被修改的Novagen DNaseI shot gun法构建O-抗原基因簇文库。反应体系是300ng PCR纯化产物，0.9ul 0.1M MnCl2，1ul 1∶2000稀释的1mg/ml的DNaseI，反应在室温中进行。酶切10分钟使DNA片段大小集中在1kb-3kb之间，而后加入2ul 0.1M EDTA终止反应。合并4管同样的反应体系，分别用等体积的酚和酚∶氯仿∶异戊醇(25∶24∶1)抽提一次，再用等体积的乙醚抽提两次后，用2.5倍体积的无水乙醇沉淀DNA，并用70％乙醇洗沉淀，最后重悬于18ul水中。随后在此混合物中加入2.5uldNTP(1mMdCTP，1mMdGTP，1mMdTTP，10mMdATP)，1.25ul 100mM DTT和5单位的T4DNA聚合酶，11℃ 30分，将酶切产物补成平端，75℃终止反应后，加入5单位的Tth DNA聚合酶及其相应的缓冲液并将体系扩大为80ul，70℃反应20分，使DNA的3’端加dA尾。此混合物经等体积氯仿∶异戊醇抽提和等体积乙醚抽提后与Promega公司的3×10-3的pGEM-T-Easy载体于16℃连接24小时，总体积为90ul。其中有9ul的10×buffer和25单位的T4DNA连接酶。最后用1/10体积的3M NaAc(pH5.2)和2倍体积的无水乙醇沉淀连接混合物，再用70％乙醇洗沉淀，干燥后溶于30ul水中得到连接产物；用BiO-Rad公司的电转化感受态细胞的制备方法制备感受态大肠杆菌DH5 a细胞，取2-3ul连接产物与50ul感受态大肠杆菌DH5 a混合后，转到BiO-Rad公司的0.2cm的电击杯中电击，电压为2.5千伏，时间为5.0毫秒至6.0毫秒，电击后立即在杯中加入1ml的SOC培养基使菌复苏，然后将菌涂在含有氨苄青霉素、X-Gal和IPTG的LB固体培养基上，在37℃过夜培养，次日得到蓝白菌落，将得到的白色菌落即白色克隆转到含有氨卞青霉素的LB固体培养基上培养，同时从每个克隆中提取质粒，并用EcoRI酶切鉴定其中的插入片段的大小，得到的白色克隆群构成了鲍氏志贺氏8型的O-抗原基因簇文库；(4)对文库中的克隆测序从文库中挑选插入片段在700bp以上的120个克隆由上海生物工程有限公司用ABI377型DNA自动测序仪对克隆中的插入片段单向进行测序，使序列达到80％的覆盖率。剩余20％的序列再根据已得到的序列设计引物，该对引物，如下所示5’-TCGAGTTGGTGATATAGC-3’和5’-TTATTAATAGTCTCCGCG-3’，再从鲍氏志贺氏菌8型的基因组DNA中直接PCR并对PCR产物测序，从而获得O-抗原基因簇的所有序列。
(5)核苷酸序列的拼接及分析用英国剑桥MRC(Medical Research Council)分子生物学实验室出版的Staden package软件包的Pregap4和Gap4软件拼接和编辑所有的序列，从而得到鲍氏志贺氏菌8型的O-抗原基因簇的核苷酸全长序列，序列的质量主要由两个方面来保证1)对鲍氏志贺氏菌8型的基因组作6个Long PCR反应，然后混合这些产物以产生文库。2)对每个碱基，保证3个以上高质量的覆盖率。在得到鲍氏志贺氏菌8型O-抗原基因簇的核苷酸序列后，用美国国家生物技术信息学中心(The National Center forBiotechnology Information，NCBI)的orffinder发现基因，找到14个开放的阅读框，用blast系列软件与GenBank中的基因比较以发现这些开放的阅读框的功能并确定它们是什么基因，再用英国sanger中心的Artemis软件完成基因注释，用Clustral W软件做DNA和蛋白质序列间的精确比对，最后得到鲍氏志贺氏菌8型的O-抗原基因簇的结构。
(6)特异基因的筛选针对鲍氏志贺氏菌8型的O-抗原基因簇中的wzx、wzy、orf3、orf6、orf7、orf10基因设计引物；在每个基因内各设计了三对引物，每对引物分布在相应基因内的不同地方，以确保其特异性；用这些引物以166株大肠杆菌和43株志贺氏菌的基因组为模板进行PCR，所有引物都在大肠杆菌O143中得到阳性结果，在其他组中都没有扩增到任何大小正确的带，即在大多数组中没有得到任何PCR产物带，虽然在少数组中得到PDR产物带，但其大小不符合预期大小，所以wzx、wzy、orf3、orf6、orf7、orf10基因对鲍氏志贺氏菌8型和大肠杆菌O143及其O-抗原都是高度特异的。
也就是本发明的第一个方面，提供了鲍氏志贺氏菌8型的O-抗原基因簇的全长核苷酸序列，它的全序列如SEQ ID NO1所示，全长15124个碱基；或者具有一个或多个插入、缺失或取代的碱基，同时保持所述分离的核苷酸功能的SEQ ID NO1的核苷酸。通过本发明的方法得到了鲍氏志贺氏菌8型的O-抗原基因簇的结构，如表3所示，它总共由10个基因组成，都位于galF基因和gnd基因之间。
本发明的第二个方面，提供了鲍氏志贺氏菌8型的O-抗原基因簇中的基因，即转运酶基因(wzx基因或与wzx有相似功能的基因)；聚合酶基因(wzy基因或与wzy有相似功能的基因)；糖基转移酶基因，包括orf3、orf6、orf7、orf10基因，它们在O-抗原基因簇中的起始位置和终止位置及核苷酸序列都列在表4中。本发明尤其涉及到糖基转移酶基因、转运酶基因和聚合酶基因，因为糖合成路径基因即合成核苷二磷酸单糖的基因现在被预示对较多胞外多糖是常见的、共同的，对细菌的O-抗原并不是很特异的，而本发明涉及到的糖基转移酶基因、转运酶基因和聚合酶基因对鲍氏志贺氏菌8型和大肠杆菌O143的O-抗原是高度特异的。
本发明的第三个方面，提供了源于鲍氏志贺氏菌8型的O-抗原基因簇中的wzx基因或与wzx有相似功能的基因、wzy基因或与wzy有相似功能的基因和糖基转移酶基因，包括orf3、orf6、orf7、orf10基因的寡核苷酸，它们是这些基因中的任何一段寡核苷酸。但是，优先被用的是列于表1中的寡核苷酸对，在表1中也列出了这些寡核苷酸对在O-抗原基因簇中的位置及以这些寡核苷酸对为引物所做的PCR反应的产物的大小，这些PCR反应可用表中的退火温度进行。这些引物只在以鲍氏志贺氏菌8型和大肠杆菌O143为模板进行的PCR扩增中得到预期大小的产物，而在以表2所列的其余165株大肠杆菌和42株志贺氏菌为模板进行的PCR扩增中都未得到预期大小的产物。更详细地说，以这些寡核苷酸对为引物所做的PCR反应在大多数细菌中均未得到任何产物。所以可以确定这些引物即表1所列的寡核苷酸对鲍氏志贺氏菌8型和大肠杆菌O143及它们的O-抗原是高度特异的。
本发明提供的对痢疾志贺氏菌8型和大肠杆菌O143的O-抗原特异的核苷酸的分离方法包括下述步骤(1)基因组的提取；(2)PCR扩增鲍氏志贺氏菌8型中的O-抗原基因簇；(3)构建O-抗原基因簇文库的构建；(4)对文库中的克隆测序(5)核苷酸序列的拼接及分析(6)特异基因的筛选。
本发明的其他方面由于本文的技术的公开，对本领域的技术人员而言是显而易见的。
如本发明所用，“寡核苷酸”是指来源于O-抗原基因簇中的编码糖基转移酶的基因、编码转运酶的基因和编码聚合酶的基因内的一段核苷酸分子，它们在长度上可改变，一般在10到20个核苷酸范围内改变。更确切的说这些寡核苷酸是源于orf3基因(核苷酸位置是从SEQ ID NO1的3311至4228碱基)，wzx基因(核苷酸位置是从SEQ ID NO1的4664至5869碱基)，orf6基因(核苷酸位置是从SEQ ID NO1的5851至6744碱基)，orf7基因(核苷酸位置是从SEQ ID NO1的6741至7856碱基)，wzy基因(核苷酸位置是从SEQ IDNO1的7853至8935碱基)，orf10基因(核苷酸位置是从SEQ ID NO1的12131至12934碱基)。源于以上基因内的寡核苷酸对鲍氏志贺氏菌8型(SEQ ID NO1)和大肠杆菌O143都是高度特异的。
此外，有时两个遗传相似的编码不同O-抗原的基因簇通过基因重组或突变产生新的O-抗原，从而产生新的细菌类型，新的突变株。在这种环境中，需要筛选出多对寡核苷酸同重组基因杂交以提高检测的特异性。因此，本发明提供了一整套多对寡核苷酸的混合物，它们源于糖基转移酶基因；源于转运酶和聚合酶基因，包括wzx基因或与wzx有相似功能的基因、wzy基因或与wzy有相似功能的基因；也源于糖合成路径基因。这些基因的混合物对一个特殊的细菌多糖抗原来说是特异的，从而使这套寡核苷酸对这个细菌的多糖抗原是特异的。更具体地说，这些寡核苷酸的混合物是源于糖基转移酶基因、wzx基因或与wzx有相似功能的基因、wzy或与wzy有相似功能的基因中的寡核苷酸与源于糖合成路径基因中的寡核苷酸的组合。
在另一方面，本发明涉及寡核苷酸的鉴定，它们可以用于检测表达O-抗原的细菌和在诊断中鉴定细菌的O-抗原。
本发明涉及到一种检测食品中的一个或多个细菌多糖抗原的方法，这些抗原可以使样品能与以下至少一个基因的寡核苷酸特异性杂交，这些基因是(i)编码糖基转移酶的基因(ii)编码转运酶和聚合酶的基因，包括wzx基因或与wzx有相似功能的基因、wzy基因或与wzy有相似功能的基因。在条件许可的情况下至少一个寡核苷酸能与至少一个表达特殊的O-抗原的细菌的一个以上的那样的基因特异性杂交，这些细菌是鲍氏志贺氏菌8型或大肠杆菌O143。可用PCR方法检测，更可以将本发明方法中的核苷酸标记后作为探针通过杂交反应如southern-blot或荧光检测，或者通过基因芯片或微阵列检测样品中的抗原及细菌。
本发明者考虑到以下情况当单个的特异的寡核苷酸检测无效时，寡核苷酸的混合物能与靶区域特异性杂交以检测样品。因此本发明提供了一套寡核苷酸用于本发明所述的检测方法。这里所说的寡核苷酸是指源于编码糖基转移酶的基因、编码转运酶的基因和聚合酶的基因，包括wzx基因或与wzx有相似功能的基因、wzy基因或与wzy有相似功能的基因的寡核苷酸。这套寡核苷酸对一个特殊的细菌的O-抗原来说是特异的，这一特殊的细菌O-抗原是由鲍氏志贺氏菌8型或大肠杆菌O143表达的。
另一方面，本发明涉及到一种检测排泄物中的一个或多个细菌多糖抗原的方法，这些抗原可以使样品能与以下至少一个基因的寡核苷酸特异性杂交，这些基因是(i)编码糖基转移酶的基因(ii)编码转运酶和聚合酶的基因，包括wzx基因或与wzx有相似功能的基因、wzy基因或与wzy有相似功能的基因。在条件许可的情况下至少一个寡核苷酸能与至少一个表达特殊的O-抗原的细菌的一个以上的那样的基因特异性杂交。这些细菌是鲍氏志贺氏菌8型或大肠杆菌O143。可用本发明中的寡核苷酸作引物通过PCR的方法检测样品，也可将本发明中的寡核苷酸分子标记后作为探针通过杂交反应如southern-blot或荧光检测，或者通过基因芯片或微阵列检测样品中的抗原及细菌。
一般，一对寡核苷酸可能与同样的基因杂交也可与不同的基因杂交，但它们中必须有一个寡核苷酸能特异性杂交到特殊抗原型的特异序列上，另一个寡核苷酸可杂交于非特异性区域。因此，当特殊的多糖抗原基因簇中的寡核苷酸被重新组合时，至少能选出一对寡核苷酸与多糖抗原基因簇中特异基因混合物杂交，或者选出多对寡核苷酸与特异基因的混合物杂交。甚至即使当一个特殊的基因簇中所有基因都独一无二时，此方法也能应用于识别此基因簇内的基因混合物的核苷酸分子。因此本发明提供了一整套用于检测本发明方法的多对寡核苷酸，在这里多对寡核苷酸是源于编码糖基转移酶的基因、编码转运酶和聚合酶的基因包括wzx基因或与wzx有相似功能的基因、wzy基因或与wzy有相似功能的基因，这套寡核苷酸对一个特殊的细菌多糖来说是特异的，这套寡核苷酸可能是糖合成中必须基因的核苷酸。
另一方面，本发明也涉及到一种检测源于病人的样品中的一个或多个细菌多糖抗原的方法。样品中的一个或多个细菌多糖抗原可以使样品能与以下至少一个基因中的一对寡核苷酸中的一个特异性杂交，这些基因是(i)编码糖基转移酶的基因(ii)编码转运酶和聚合酶的基因，包括wzx基因或与wzx有相似功能的基因、wzy基因或与wzy有相似功能的基因。在条件许可的情况下至少一个寡核苷酸能与样品中的至少一个表达特殊的O-抗原的细菌的一个以上的那样的基因特异性杂交，这些细菌是鲍氏志贺氏菌8型或大肠杆菌O143。可用本发明中的寡核苷酸作引物通过PCR的方法检测样品，也可将本发明中的寡核苷酸标记后作为探针通过杂交反应，或通过基因芯片或微阵列检测样品中的抗原及细菌。
更详细地说，以上描述的方法可以理解为当寡核苷酸对被使用时，其中的一个寡核苷酸分子能杂交到一个并不是来源于糖基转移酶基因、wzx基因或与wzx有相似功能的基因、wzy基因或与wzy有相似功能的基因的序列上。此外，当两个寡核苷酸都能杂交上时，它们可能杂交于同一基因也可能杂交到不同基因上。也即，当交叉反应出现问题时，可选择寡核苷酸的混合物来检测混合的基因以提供检测的特异性。
本发明者相信本发明不必限于以上所提的核苷酸序列编码的特定的O-抗原，而且广泛应用于检测所有表达O-抗原和鉴定O-抗原的细菌。而且，由于O-抗原合成和其他多糖抗原(如细菌胞外抗原)合成之间的相似性，发明者相信本发明的方法和分子也应用于这些其他的多糖抗原。
本发明首次公开了鲍氏志贺氏菌8型的O-抗原基因簇的全长序列，而且可从这个未被克隆的全长基因簇的序列中产生重组分子，通过插入表达可产生表达鲍氏志贺氏菌8型的O-抗原，并成为有用的疫苗。
其次是感受态细胞的制备参照Bio-Rad公司提供的方法制备感受态细胞大肠杆菌DH5α。取一环大肠杆菌DH5α单菌落于5ml的LB培养基中，180rpm培养10小时后，取2ml培养物转接到200ml的LB培养基中，37℃ 250rpm剧烈振荡培养到OD600 0.5左右，然后冰浴冷却20分，于4℃ 4000rpm离心15分。倾尽上清液，用冷的冰预冷的去离子灭菌水200ml吹散菌体，于4℃4000rpm离心15分。再用冷的冰预冷的去离子灭菌水100ml吹散菌体，于4℃ 4000rpm离心15分。用冷的冰预冷的10％的甘油悬浮细胞，4℃ 6000rpm离心10分，弃上清液，最后沉淀用1ml冰预冷的10％的甘油悬浮细胞，即为感受态细胞。将制得的感受态细胞分装为50ul一管，-70℃保存。
最后是电转化感受态细胞取2-3ul连接产物与50ul感受态大肠杆菌DH5α混合后，转到Bio-Rad公司的0.2cm的电击杯中电击，电压为2.5千伏，时间为5.0毫秒-6.0ms毫秒。电击后立即在杯中加入1ml的SOC培养基使菌复苏。然后立即将菌涂在含有氨苄青霉素、X-Gal和IPTG的LB固体培养基上37℃倒置过夜培养，次日得到蓝白菌落。将得到的白色菌落即白色克隆转到含有氨苄青霉素的LB固体培养基上培养，同时从每个克隆中提取质粒并用EcoRI酶切鉴定其中的插入片段的大小，得到白色克隆群构成了鲍氏志贺氏菌8型的O-抗原基因簇文库。实施例4对文库中的克隆测序从文库中挑选插入片段在700bp以上的120个克隆由上海生物工程有限公司用ABI377型DNA自动测序仪对克隆中的插入片段单向进行测序，使序列达到90％的覆盖率。剩余10％的序列再根据已得到的序列设计引物，再从鲍氏志贺氏菌8型的基因组DNA中直接PCR并对PCR产物测序，从而获得O-抗原基因簇的所有序列。在鲍氏志贺氏菌8型中我们设计了一对引物，如下所示5’-TCGAGTTGGTGATATAGC-3’和5’-TTATTAATAGTCTCCGCG-3’实施例5核苷酸序列的拼接及分析用英国剑桥MRC(Medical Research Council)分子生物学实验室出版的Staden package软件包的Pregap4和Gap4软件拼接和编辑所有的序列，从而得到鲍氏志贺氏菌8型的O-抗原基因簇的核苷酸全长序列(见序列列表)。序列的质量主要由两个方面来保证1)对鲍氏志贺氏菌8型的基因组作6个Long PCR反应，然后混合这些产物以产生文库。2)对每个碱基，保证3个以上高质量的覆盖率。在得到鲍氏志贺氏菌8型O-抗原基因簇的核苷酸序列后，用美国国家生物技术信息学中心(The National Center for BiotechnologyInformation，NCBI)的orffinder发现基因，找到10个开放的阅读框，用blast系列软件与GenBank中的基因比较以发现这些开放的阅读框的功能并确定它们是什么基因，再用英国sanger中心的Artemis软件完成基因注释，用Clustral W软件做DNA和蛋白质序列间的精确比对，最后得到鲍氏志贺氏菌8型的O-抗原基因簇的结构，如表3所示。
通过检索和比较，发现orf1与Bacillus anthracis的氨基转移酶基因在370个氨基酸的序列中有27％的相同性，49％的相似性，表明它们之间有很高的同源性，所以可以推测orf1是氨基转移酶基因，命名为orf1。orf2与Clostridium acetobutylicum的磷酸酶基因在213个氨基酸的序列中有25％的相同性，46％的相似性，表明它们之间有很高的同源性，所以可以推测orf2是磷酸酶基因，命名为orf2。orf3与Methanosarcina maze的糖基转移酶基因在311个氨基酸的序列中38％的相同性，55％的相似性，另外还与Streptococcus thermophilus的EpsllQ基因在428个氨基酸的序列中37％的相同性，56％的相似性，EpsllQ是一个糖基转移酶基因，所以推测orf3是一个编码糖基转移酶的基因，命名为orf3。orf4与Clostridiumacetobutylicum的乙酰基转移酶基因在182个氨基酸的序列中有29％的相同性，47％的相似性，表明它们之间有高度的同源性。所以，可以推测orf4是乙酰基转移酶基因。Orf5与Escherichia coli K-12的wzx基因在415个氨基酸中有17％的相同性，43％的相似性，与Shigella bodyii的wzx基因在409个氨基酸中有18％的相同性，44％的相似性，并且通过Eisenberg等人的算法[Eisenberg，D，Schwarz，E.etal(1984).Analysis of membrane and surfaceprotein sequences with the hydrophobic moment plot.J.Mol.Biol.179125-142]发现orf5有12个潜在的穿膜区，它与许多wzx蛋白相似，而且在wzx蛋白的氨基端有一个大约50个氨基酸的保守基序，所以可以确定orf5是wzx基因，命名为wzx。Orf6与Lactobacillus delbrueckii的EpsH基因在268个氨基酸序列中有28％的相同性，49％的相似性，另外还与Streptococcus agalactiae中的cpsIbJ基因在313个氨基酸序列中有28％的相同性，48％的相似性，而EpsH基因是一个半乳糖基转移酶基因，cpsIbJ基因也是一个糖基转移酶基因，所以推测orf6是一个编码糖基转移酶的基因，命名为orf6。Orf7与Methanosarcina mazei Goe1的糖基转移酶基因在379个氨基酸序列中有23％的相同性，42％的相似性，另外还与Nostoc sp.PCC7120中的糖基转移酶基因在429个氨基酸序列中有22％的相同性，43％的相似性，所以推测orf7是一个编码糖基转移酶的基因，命名为orf7。orf8与Escherichia coli K-12的wzy基因在388个氨基酸序列中有19％的相同性，41％的相似性，与Streptococcus pneumoniae的O-抗原聚合酶在447个氨基酸序列中有20％的相同性，39％的相似性，另外通过Eisenberg算法得知orf8有10个潜在的穿膜区，与其他的O-抗原聚合酶有相似的二级结构，所以确定orf8是wzy基因，命名为wzy。orf9与Edwardsiellaictaluri的gne基因在338个氨基酸序列中有70％的相同性，80％的相似性，表明它们之间有极高的同源性，所以确定orf9是gne基因，命名为gne。orf10与Streptococcus agalactiaei的CpsVII基因在322个氨基酸序列中有35％的相同性，54％的相似性，此外与Lactobacillus delbrueckii的EpsM基因在336个氨基酸序列中有29％的相同性，47％的相似性，而这两个基因都是糖基转移酶基因，所以推测orf10也是一个糖基转移酶基因，命名为orf10。实施例6特异基因的筛选针对鲍氏志贺氏菌8型的O-抗原基因簇中的wzx、wzy、orf3、orf6、orf7、orf10基因设计引物，这些基因在核苷酸序列中的位置见表1。
表1列出了鲍氏志贺氏菌8型的O抗原基因簇中糖基转移酶基因和寡糖单位处理基因及基因内的引物及PCR数据。在表中列出了鲍氏志贺氏菌8型的O抗原基因簇的糖基转移酶基因、转运酶基因和聚合酶基因及它们的相应的功能和大小。在每个基因内，我们各设计了三对引物，每对引物分布在相应基因内的不同地方以确保其特异性。在表中还列出了每个引物在SEQ IDNO1中的位置和大小。以每对引物用表中所列的相应的退火温度以表2中的所有菌的基因组为模板进行PCR，得到了相应的PCR产物，其大小也列于表中。
mdh(malate dehydrogenase)基因是存在于所有的大肠杆菌的基因组中且高度保守的一个基因，所以我们根据mdh基因设计了引物#101(-TTC ATC CTAAAC TCC TTA TT)和#102(-TAA TCG CAG GGG AAA GCA GG)，然后从166株大肠杆菌中提取基因组，方法如前所述。用这对引物从166株大肠杆菌的基因组中PCR以鉴定大肠杆菌并检测其基因组的质量。
表2是用于筛选特异基因的166株大肠杆菌和43株志贺氏菌及它们的来源，为了检测的方便，我们将它们每8-10个菌分为一组，总共27组，它们的来源都列于表中。
在第22组中含有鲍氏志贺氏菌8型的基因组DNA作为阳性对照。以每组菌做模板，用表1中的每对引物按如下条件做PCR在94℃预变性2分后，94℃变性15秒，退火温度因引物的不同而不同(参照表1)，退火时间是50秒，72℃延伸2分，这样进行30个循环。最后在72℃继续延伸10分，反应体系是25ul。反应完毕后，取10ulPCR产物通过0.8％琼脂糖凝胶电泳检测扩增出的片段。
对于wzx、wzy、orf3、orf6、orf7、orf10基因，每个基因都有三对引物被检测，每对引物除了在第22组中做PCR后得到了预期大小的正确的一条带外，在第17组中也都得到同样大小的特异性带。以第17组中的每个菌的基因组DNA做模板PCR后，发现只在大肠杆菌O143中得到了阳性结果。更详细地说，以上每个基因的每一对引物都在大肠杆菌O143中得到预期大小的正确的PCR产物带。据报道，鲍氏志贺氏菌8型和大肠杆菌O143的O-抗原结构是一样的，我们的结果从另一个侧面证实了这一点。此外，所有的引物在其他组中都没有扩增到任何带，所以wzx、wzy、orf3、orf6、orf7、orf10基因对鲍氏志贺氏菌8型和大肠杆菌O143及其O-抗原都是高度特异的。
最后，通过PCR从鲍氏志贺氏菌8型中筛选到对鲍氏志贺氏菌8型和大肠杆菌O143的O-抗原高度特异的基因wzx、wzy和四个糖基转移酶基因。而这些基因内的任何一段10-20nt的寡核苷酸对鲍氏志贺氏菌8型和大肠杆菌O143的O-抗原是特异的，尤其是上述每个基因中的引物即寡核苷酸对经PCR检测后证实对鲍氏志贺氏菌8型和大肠杆菌O143是高度特异的。所有的这些寡核苷酸都可用于快速准确地检测人体和环境中的鲍氏志贺氏菌8型和大肠杆菌O143，并能鉴定它们的O-抗原。
表3是鲍氏志贺氏菌8型的O-抗原基因簇的结构表，在表中列出了鲍氏志贺氏菌8型的O-抗原基因簇的结构，共由10个基因组成，每个基因用方框表示，并在方框内写入基因的名称，数字表示的是O-抗原基因簇中的开放阅读框(orf)的顺序。在O-抗原基因簇的两端是galF基因和gnd基因，这两个基因不负责O-抗原的合成，我们只是用它们的一段序列设计引物来扩增O-抗原基因簇的全长序列。
表4是鲍氏志贺氏菌8型的O-抗原基因簇中的基因的位置表，在表中列出了鲍氏志贺氏菌8型的O-抗原基因簇中的所有开放阅读框在全序列中的准确位置，在每个开放阅读框的起始密码子和终止密码子的下面划线。
序列列表SEQUENCE LISTING<110>南开大学<120>对鲍氏志贺氏菌8型和大肠杆菌O143的O-抗原特异的核苷酸<130>对鲍氏志贺氏菌8型和大肠杆菌O143的O-抗原特异的核苷酸<160>1<170>PatentIn version 3.1<210>1<211>15124<212>DNA<213>Shigella boydii<400>1attgtggctg cagggatcaa agaaatcctc ctggtaactc atgcgtccaa gaacgcagtc60gaaaaccact tcgacacctc ttatgaatta gaatctctcc ttgaacagcg cgtgaagcgt 120caactgctgg cggaagtaca gtccatttgc ccgccgggcg tgaccattat gaacgtgcgt 180cagggcgaac ctttaggttt aggccactcc attttatgtg cacgacctgc tattggtgac 240aacccatttg tcgcggtgct gccagacgtt gttatcgatg acgccagcgc cgacccgctg 300cgctacaacc ttgctgccat gattgcgcgc ttcaacgaaa cgggccgcag ccaagtgctg 360gcaaaacgta tgccgggtga cctctctgaa tactccgtca ttcagaccaa agagccgctg 420gaccgcgaag gtaaagtcag ccgcattgtt gaatttatcg aaaaaccgga tcagccgcag 480acgctggact cagacatcat ggctgtaggg cgttatgtgc tttctgccga tatttggcct 540gaactggagc gtactcaacc tggagcatgg ggacgtattc agttgactga tgccattgct 600gagttggcaa aaaaacaagc agttgacgca atgctgatga ctggggacag ttacgactgc 660ggaaagaaaa tgggttatat gcaagcgttt gtgaagtatg ggctgcgtaa cctgaaggaa 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ctgattttgt tcttagtatt cctagcaatg 7560atggtgctcc attatctttg atggagggcg ttttatgtaa ttgttttccg atagtatcag 7620acatcgatgc aaacagagag ctattaggaa atcatgcaat gtatttgaat ctgcatgatg 7680atattgacat gaaatctgtt ttttcaaggt gtgtgaaatt aatagatagt aatcaatata 7740ggtgttcgat tgaatataac cgagatacaa taataaaaat gtttgatata aataaaaaca 7800caaagcgtat ggttgatatt tattatcggg tcgtgtcaca aaaggaattt ttatgaaggt 7860tttttttgat gtatttttgt tgtttttatt tgtgtttgct tttagcatcc ctgttttttt 7920taattcaggc tatcttatat atattttttc cttgatttat ttaattacaa atatcaggat 7980aaggactgtt ttttttagtc taataagtac aagaatattt tttattgcgt ttttgtcttt 8040ggcctgcatg ctcttttttt cttgtatttc attggtatta aatggtacag gagatttatc 8100tatcatgggg gttatcttta ataatttagc tgcattattc agctctgtta taattgcgtc 8160gcatttaatc cagcataaca atgataatgt gttgaaattg ttttttctaa ttgccctctt 8220acaatccttt tttattattc tgatgatgtt ttttcccagt ataaatgctt atattcaaag 8280tattattaga acaaaagaag aaatagaatt tatgagtaat acatatggag gcatcagggg 8340attaggtata tcaggttctg ttgcctttgg tcttgctata 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tatgggtatt 9240taaagactat agggtaatag cgcaacaatt taatttaagt tttttgagaa ctgtaagaat 9300agtgaactac atagatcaca aatctataac tgaaccaggt gataatccca tgaatacaat 9360ctataataaa taatgttttg gattagtaag tgttataaat ttacgtggaa attctatttg 9420cgtgtttatg ttgctatttc atggaatggt tttattgcca ttgctgtagt gttattttga 9480actaatttat ttggtgaaag attactgagt aatcttttga tactaaatcg attgtgtttt 9540atatctttga attaaatatt tttgccaaag cactccttca ctcttatata ttcagatact 9600ccttgtgtta taagagtaag gaatataaat tggaatatgg aaaaaggcgt gacatatttc 9660tgttgtcttt ggttatgtac acgatgggca gagtgtaagt tttcagagat gttgcaattg 9720tctccagata agaaaggaga gattgttatg ttgaaccaac atatcggcgt caggtgtttc 9780gggcattacc gtgcaacaat ctatgcgatg gaatacaatg ccatgcctga tattgcaaaa 9840ttaagaatga aaaccctgca ttttagggaa agacatggaa tcaatgcatc cgcagaaaat 9900ttttgtgtat caatacgcgt ttaatatata ggctcggaag tgcttatctc aagtagtaaa 9960tctttctagt atgtcttaca aaactatgac atccagaaat tttgaaagaa atatgatgaa 10020ttagaatagg acttctcaac cttggaaaag aacagatttt tgaccgtctg aatctgtagt 10080gtgaacagta gcatttggcc tgcccgagcg tctccactat tggaggaatg agctaggcag 10140cacatgataa aatgtggcta atactggtgt aactgggttc ccagacttca agtccaaggt 10200actattagcc cgctaaagac cggtgagctt atattgagct cagaatcggc gttatgttat 10260taccgtgatt gacgaacgca gcaactacgc tttggcggtg gcggtaacgt cgcttaacag 10320tgatgtaatc atgagtttct tctgccatca agctcggttg ttacctgttg gaatcaacca 10380gaatataccc gattatgggg aagagttcct gggaaaattt gacaaaaagc tacaggaagc 10440cgctatcagg caccaatagg cttatctcga tacgccgaaa atgaacacca tctgtgagcg 10500ctttaaccga tcactgagat agccgtttat tgagtttaat gaagaattgc tctttgaaaa 10560tctgaatatg tcaatcataa acaggctcaa tattgcatac tgtacaagaa taaaaggcct 10620cataaattgc tcgaattact gacaccacta gaacataatt tacacgaaaa aaatgcaata 10680tagtgttaga ctcatacaat atgtcgagat gtttagaaaa ataacgtata cttacatatt 10740gtatttttat agtaacattg ggcttaacta ttctaaattt ttattctttc acagtttata 10800ctatttataa tgtgtttata ttcttgtttt atatcctagg cagatagatg aaatataagg 10860agttttatga ctattttggt tactggtggt gcaggttaca ttggttcaca tactgtatta 10920tccttattat catacggaaa aaatgtggtg gtgttggata atctatcgaa ctcatcgtct 10980aagtcgttag aaagggtcga aaaaatttgt ggacgtaggc ctctatttta tcatggtgat 11040gtgcgtgata ggaaaaaact caaacatatt ttccagtatc atgatattac agatgttatt 11100cattttgcag gattaaaagc cgtcgctgaa tctgtttcaa atccattgga atattatgat 11160cacaatgtta acggaactat tgttttactt gaagaaatga tgcgcgctgg cgttattagt 11220tttattttta gctcctccgc aacagtgtat ggtaagcctg aaactattcc tttgaaggaa 11280gatagtagcg ttggcggaac aactaatcca tatggctttt caaaacttat agtagagagg 11340gttttgaagg atatagcttt ggctgagcca acaatgcgta ttactatttt gcgttatttc 11400aatcctgtag gagcccactc ttctggtcta ttaggtgaag atcctaatgg tgttccaaat 11460aatttaatcc cttatattac tcaagtggct attggtaatc taaaatattt atcagtattc 11520ggaaatgatt atcctacacc tgatggaaca ggcattagag attatattca tgttatggat 11580ttggctgaag ggcacatagc tgctttagaa caccgtaatt ttgggggaaa ttataaagta 11640tataatcttg gtacaggggt tggttattca gttcttgatg tgataaatac ctttaaacgt 11700tgtactggaa ttgatatccc ttattgtttc aaacctcgtc gagttggtga tatagctgaa 11760tgttggtctg atccatctct agcattttta gaattagggt ggtcttctcg atatgattta 11820gatacaatga taattgattc ttggcgttgg caaaaaaaca atcccaaagg atataaataa 11880gacgatttta atgtgctatt ttattcactg tcaatatttt tataaaacca tctttgcttt 11940gctttgcttt gctttgcttt gctttgcttt gtagttactc tcttaattaa cggcttttta 12000tattagggtg ggatgttaat gaaatacttg ataaatattt aatatgtgaa atttcttaat 12060aagctaccaa ggatggatat gataaacatg atattatata atgaaactta tgtaagtttg 12120agatgattct atgagtaccg ataaatattt agtttcagtc ataacaccca catataattc 12180tgaaagaacg attagatgta caattgattc tgttctatct caatcatata ataatataga 12240aatgattatt gtcgatgatt gttcgttaga taatacagtg tctatttgca gggaatatca 12300aaaaaaagat tcaagagttg ttctcatttc aaatgagaag aattatgggg ctggtatgtc 12360aagaaatata gcgatcagta aagctaaagg tcggtttatc gcttttttag atagtgatga 12420tttttggcat aaagagaaaa taaaaaaaca gatagacttt atgctttcaa ataattatgc 12480tttcacttat acctcatatc aaaaggttag ttttagcggg aaacttttat cccaaattaa 12540tcctgtttct aaagttaatt attctgaatt attaaagact aatgtaatag gttgcttgac 12600agctgtatat gatacttcat ctcttggtaa aatgtttatg ccaacaatca ggaaaagaca 12660ggacatggca ctatggctga gcattttaga taaaattgat tatgcatatt gtttgaacga 12720aatactggcc tactatcgag taggcaccga tacactctcg tcaaataaat taaaaataat 12780attttcacaa tgggcctttt acagaaaata tttaaagttt ggtctgttta aatctcttta 12840ttatttctcc cactatgctg ttaatgctgt tgccaaacat catataaatc cgctgtgttt 12900gttttttaag cgccactttg cctcttggag ataattcggc aaatcttata aagaaatatt 12960ggataatgct tttgatttgc aaatgtattt ttatatttga tgatgtcatg gatgagtttt 13020aagtgaattt caatagaata gggaaatgtg ggtctgtgtg gacaagaagt gtgattaatg 13080tttttgtatc agattataat ctgcaatcta tttagtaaaa ttatgtttac caagtgcctc 13140tcctgaagaa ttatttttat aaagccttta gttatcattg aaatgaattc tgaggttaat 13200tggtgcgaat gaacttagta ttatgataaa gattgtcttt attttactta aaagtataga 13260atagttcatt gcattatttg tgttgtataa aacttcagag tcaggaacag tcttaagttt 13320tattttttct aaattcattg gtggctatca tatggttatt agatgactgt gttaagatat 13380atttcattgg ctttaaggtt ttagtacata tgacgaatag aaccaatttg aatattctgg 13440aaacaccaac agcctcgttg tttgtcaaaa ttattttgag gttgataatt tgactctcga 13500ttattgtaat ttataaaata taagtgagtt gaaagatata tttgaggcat ggcagttaaa 13560tctcttatat atcgcggaga ctattaataa tagttagtct gagacactgg aaactagagt 13620gtggagagca acgttagttt tgagtatttt ctgtaattaa tttaatataa gtttaattac 13680atatacaatt atctgttgtt tgtcttatgc aatattttcc atatgacata tttttatatg 13740tgtttcaata cgtttattat tctgctaatt aaataggagt gaaaatgtca aaaaaacaga 13800ttggggttat cggtatggcg gtaatggggc gtaatcttgc actaaatatc gaaagtcacg 13860gctatactgt ttcaattttt aaccgttctc gtgaaaaaac agaaaaaatt atagctactc 13920attcggataa gaagttattt ccttactata caataaaaga gtttgttgaa tctctggaaa 13980cgcctcgtcg catcctgtta atggtgaaag caggtgcagg cacggatgct gctattgatt 14040ctctcaagcc atacctcgat aaaggtgaca tcatcattga tggtggtaac accttcttcc 14100gagacaccat tcgtcgtaac cgtgagctgt ctgcagaagg ctttaacttt atcggtagcg 14160gtgtttctgg tggtgaagaa ggtgcgctga aaggaccttc catcatgcca ggtggccaga 14220aagaagccta tgaactggtc gcaccgatcc tgaccaaaat cgccgcagtg gctgaagatg 14280gggagccatg tgttacctat attggtgccg atggcgcagg tcactatgtg aagatggttc 14340acaacggtat tgaatacgga gatatgcagc tgattgctga agcctattct ctgcttaaag 14400gtggcctgaa cctcaccaac gaagaactgg cgcagacctt taccgagtgg aataatggtg 14460aactaagcag ctacctgatc gacatcacca aagacaactt cactaaaaaa gatgaagatg 14520gtaactacct ggttgatgtg attctggatg aagcggctaa caaaggtacc ggtaaatgga 14580ccagccaaag cgcgctagat ctcggtgaac cgctgtcgct cattaccgag tctgtgtttg 14640cacgatacat ctcttctctg aaagagcagc gtgttgccgc gtccaaagta ctgtctggtc 14700cgcaagcgca gccagcaggc gacaaggctg agttcatcga aaaagttcgt cgtgctctgt 14760atctgggcaa aatcgtttct tacgcccagg gcttctctca gttgcgtgct gcgtctgaag 14820agtacaactg ggatctgaac tatggcgaaa tcgcgaagat tttccgtgct ggctgcatta 14880tccgtgcgca gttcctgcag aaaatcaccg atgcttatgc cgaaaatccg cagatcgcta 14940acctgctgct ggctccgtat ttcaagcaaa ttgccgatga ctaccagcag gcgctgcgcg 15000atgtcgtcgc ttatgcggta cagaacggta tcccggttcc gaccttcgcc gctgcggttg 15060cctattatga cagctaccgc gccgctgttc ttcctgcgaa cctaatccag gcccagcgcg 15120acta 15124表1 鲍氏志贺氏菌8型O抗原基因簇中的糖基转移酶基因和寡糖单位处理基因及其中的引物及PCR数据

表2 166株大肠杆菌和43株志贺氏菌及它们的来源组号该组中含有的菌株 来源1 野生型大肠杆菌O1，O2，O3，O4，O10，O16，O18，O39 IMVSa2 野生型大肠杆菌O40，O41，O48，O49，O71，O73，O88，O100 IMVS3 野生型大肠杆菌O102，O109，O119，O120，O121，O125，O126，O137 IMVS4 野生型大肠杆菌O138，O139，O149，O7，O5，O6，O11，O12 IMVS5 野生型大肠杆菌O13，O14，O15，O17，O19ab，O20，O21，O22 IMVS6 野生型大肠杆菌O23，O24，O25，O26，O27，O28，O29，O30 IMVS7 野生型大肠杆菌O32，O33，O34，O35，O36，O37，O38，O42 IMVS8 野生型大肠杆菌O43，O44，O45，O46，O50，O51，O52，O53 IMVS9 野生型大肠杆菌O54，O55，O56，O57，O58，O59，O60，O61 IMVS10 野生型大肠杆菌O62，O63，O64，O65，O66，O68，O69，O70 IMVS11 野生型大肠杆菌O74，O75，O76，O77，O78，O79，O80，O81 IMVS12 野生型大肠杆菌O82，O83，O84，O85，O86，O87，O89，O90 IMVS13 野生型大肠杆菌O91，O92，O95，O96，O97，O98，O99，O101 IMVS14 野生型大肠杆菌O112，O162，O113，O114，O115，O116，O117，O118 IMVS15 野生型大肠杆菌O123，O165，O166，O167，O168，O169，O170，O171 See b16 野生型大肠杆菌O172，O173，O127，O128，O129，O130，O131，O132， see c17 野生型大肠杆菌O133，O134，O135，O136，O140，O141，O142，O143 IMVS18 野生型大肠杆菌O144，O145，O146，O147，O148，O150，O151，O152 IMVS19 野生型大肠杆菌O153，0154，O155，O156，O157，O158，O159，O164 IMVS20 野生型大肠杆菌O160，O161，O163，O8，O9，O124，O111IMVS21 野生型大肠杆菌O103，O104，O105，O106，O107，O108，O110IMVS22 鲍氏志贺氏菌血清型B4，B5，B6，B8，B9，B11，B12，B14 See d23 鲍氏志贺氏菌血清型B1，B3，B7，B8，B10，B13，B15，B16，B17，B18See d24 痢疾志贺氏菌血清型D1，D2，D3，D4，D5，D6，D7，D8 See d25 痢疾志贺氏菌血清D9，D10，D11，D12，D13See d26 弗氏志贺氏菌F6a，F1a，F1b，F2a，F2b，F3，F4a，F4b，F5(v7)F5(v4) See d27 宋内氏志贺氏菌D5，DR See da. Institude of Medical and Veterinary Science，Anelaide，Australiab. O123 from IMVS；the rest from Statens Serum Institut，Copenhagen，Denmarkc. 172 and 173 from Statens Serum Institut，Copenhagen，Denmark，the rest from IMVSd. 中国预防医学科学院流行病学研究所表3是鲍氏志贺氏菌8型的O-抗原基因簇的结构表 表4是鲍氏志贺氏菌8型的O-抗原基因簇中的基因的位置表attgtggctg cagggatcaa agaaatcctc ctggtaactc atgcgtccaa gaacgcagtc60gaaaaccact tcgacacctc ttatgaatta gaatctctcc ttgaacagcg cgtgaagcgt 120caactgctgg cggaagtaca gtccatttgc ccgccgggcg tgaccattat gaacgtgcgt 180cagggcgaac ctttaggttt aggccactcc attttatgtg cacgacctgc tattggtgac 240aacccatttg tcgcggtgct gccagacgtt gttatcgatg acgccagcgc cgacccgctg 300cgctacaacc ttgctgccat gattgcgcgc ttcaacgaaa cgggccgcag ccaagtgctg 360gcaaaacgta tgccgggtga cctctctgaa tactccgtca ttcagaccaa agagccgctg 420gaccgcgaag gtaaagtcag ccgcattgtt gaatttatcg aaaaaccgga tcagccgcag 480acgctggact cagacatcat ggctgtaggg cgttatgtgc tttctgccga tatttggcct 540gaactggagc gtactcaacc tggagcatgg ggacgtattc agttgactga tgccattgct 600gagttggcaa aaaaacaagc agttgacgca atgctgatga ctggggacag ttacgactgc 660ggaaagaaaa tgggttatat gcaagcgttt gtgaagtatg ggctgcgtaa cctgaaggaa 720ggcgctaagt tccgcaaagg cattgagaag ttgttaagcg agtaatgaaa atctgaccgg 780atgtaacggt tgataagaaa attataacgg ctgtgaagat ttgcggcgaa ggtaatttgt 840tgcgaatatt cctgccgttg ttttatataa acaatcagaa taacaaagag ttagcaatag 900gattttcgtc aaagttttcc aggattttcc ttgtttccag agcggattgg taagacaatt 960agcgtttgaa tttttcgggt ttagcgcgag tgggtaacgc tcgtcacatc gtaggcatgc 1020atgcagtgct ctggtagctg taaagccagg ggcggtagcg tgcatataag agaaaacatg 1080tggcactgat tttttactaa acaattggcg ataaatattc aataatggag attttcctta 1140acatcaaacg ctattatttt atatattata aatgtccaaa tactcagtat atatacaaaa 1200agagtaagat aaaacttaaa aatttaataa ggtgtctcta tatttctgac tacagacaag 1260catggaaagt ataatatatt gaatattctg tttctgatta cttatgctct caatttgcag 1320aagttagtga agatattcag tatgtggaat agatatatat tttttttgac acaatatgtc 1380gattattctt cacgagatta tattaagaat agaataaaat aaatgtatgg gcttatatac 1440gaattatgaa acataggagc aattctgaaa attatctaag ataagatatt gtgttttctt 1500gagtatgttt aaattcttta aatgttatgc acagaacgta 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权利要求
1.一种对鲍氏志贺氏菌8型和大肠杆菌O143的O-抗原特异的核苷酸，其特征在于，它是如SEQ ID NO1所示的分离的核苷酸，全长15124个碱基；或者具有一个或多个插入、缺失或取代的碱基，同时保持所述分离的核苷酸功能的SEQ ID NO1的核苷酸。
2.按照权利要求1所述的对鲍氏志贺氏菌8型和大肠杆菌O143的O-抗原特异的核苷酸，其特征在于，它是由10个基因组成，它们都位于galF基因和gnd基因之间。
3.按照权利要求2所述的对鲍氏志贺氏菌8型和大肠杆菌O143的O-抗原特异的核苷酸，其特征在于，所述的基因是转运酶基因，包括wzx基因或与wzx有相似功能的基因；聚合酶基因wzy基因或与wzy有相似功能的基因；糖基转移酶基因，包括orf3、orf6、orf7、orf10基因；其中所述的基因orf3是SEQ ID NO1中的3311至4228碱基的核苷酸；wzx是SEQ ID NO1中的4664至5869碱基的核苷酸；orf6是SEQ ID NO1中的5851至6744碱基的核苷酸；orf7是SEQ ID NO1中的6741至7856碱基的核苷酸；wzy是SEQ ID NO1中的7853至8935碱基的核苷酸；orf10是SEQ ID NO1中的12131至12934碱基的核苷酸。
4.按照权利要求1或2所述的对鲍氏志贺氏菌8型和大肠杆菌O143的O-抗原特异的核苷酸，其特征在于它是源于所述的wzx基因、wzy基因或糖基转移酶基因，即orf3、orf6、orf7、orf10基因；以及它们的混合或它们的重组。
5.按照权利要求4所述的对鲍氏志贺氏菌8型和大肠杆菌O143的O-抗原特异的核苷酸，其特征在于，所述的源于orf3基因的寡核苷酸对是SEQ IDNO1中的3455至3471碱基的核苷酸和3929至3946碱基的核苷酸；SEQ IDNO1中的3635至3653碱基的核苷酸和4037至4056碱基的核苷酸；SEQ IDNO1中的3740至3759碱基的核苷酸和4201至4220碱基的核苷酸；源于wzx基因的寡核苷酸对是SEQ ID NO1中的4843至4860碱基的核苷酸和5377至5394碱基的核苷酸；SEQ ID NO1中的4889至4906碱基的核苷酸和5461至5479碱基的核苷酸；SEQ ID NO1中的5391至5408碱基的核苷酸和5830至5847碱基的核苷酸；源于orf6基因的寡核苷酸对是SEQ ID NO1中的6032至6051碱基的核苷酸和6417至6435碱基的核苷酸；SEQ ID NO1中的6220至6239碱基的核苷酸和6671至6689碱基的核苷酸；SEQ ID NO1中的6087至6106碱基的核苷酸和6671至6689碱基的核苷酸；源于orf7基因的寡核苷酸对是SEQ ID NO1中的7194至7211碱基的核苷酸和7822至7839碱基的核苷酸；SEQ ID NO1中的6780至6797碱基的核苷酸和7222至7239碱基的核苷酸；SEQ ID NO1中的7010至7028碱基的核苷酸和7592至7626碱基的核苷酸；源于wzy基因的寡核苷酸对是SEQ ID NO1中的8211至8228碱基的核苷酸和8844至8861碱基的核苷酸；SEQ ID NO1中的7892至7911碱基的核苷酸和8414至8431碱基的核苷酸；SEQ ID NO1中的8038至8056碱基的核苷酸和8565至8582碱基的核苷酸；源于orf10基因的寡核苷酸对是SEQ ID NO1中的12152至12171碱基的核苷酸和12915至12932碱基的核苷酸；SEQ ID NO1中的12312至12329碱基的核苷酸和12843至12860碱基的核苷酸；SEQ ID NO1中的9934至9952碱基的核苷酸和10513至10530碱基的核苷酸。
6.权利要求1所述的对鲍氏志贺氏菌8型和大肠杆菌O143的O-抗原特异的核苷酸在检测表达O-抗原的细菌、在诊断中鉴定细菌的O-抗原和细菌的其它多糖抗原的应用。
7.权利要求1所述的对鲍氏志贺氏菌8型和大肠杆菌O143的O-抗原特异的核苷酸的重组分子，而且通过插入表达可提供表达鲍氏志贺氏菌8型和大肠杆菌O143的O-抗原，并成为细菌疫苗。
8.按照权利要求1所述的对鲍氏志贺氏菌8型和大肠杆菌O143的O-抗原特异的核苷酸的应用，其特征在于它作为引物用于PCR、作为探针用于杂交反应与荧光检测、或者用于制造基因芯片或微阵列，检测人体和环境中的细菌。
9.权利要求1所述的对鲍氏志贺氏菌8型和大肠杆菌O143的O-抗原特异的核苷酸的分离方法，其特征在于，其包括下述步骤(1)基因组的提取在5mL的LB培养基中37℃过夜培养志贺氏菌，离心收集细胞。用500ul 50mM Tris-HCl(pH8.0)和10ul 0.4M EDTA重悬细胞，37℃温育20分，然后加入10ul 10mg/ml的溶菌酶继续保温20分，之后加入3ul20mg/ml的蛋白酶K、15ul 10％SDS，50℃温育2小时，再加入3ul 10mg/ml的RNase，65℃ 30分，加等体积酚抽提混合物，取上清再用等体积的酚∶氯仿∶异戊醇(25∶24∶1)抽提两次，取上清再用等体积的乙醚抽提以除去残余的酚，上清用2倍体积乙醇沉淀DNA，用玻璃丝卷出DNA并用70％乙醇洗DNA，最后将DNA重悬于30ul TE中，基因组DNA通过0.4％的琼脂糖凝胶电泳检测；(2)通过PCR扩增鲍氏志贺氏菌8型中的O-抗原基因簇鲍氏志贺氏菌8型的O-抗原基因簇通过Long PCR扩增，首先根据经常发现于O-抗原基因簇启动子区的JumpStart序列设计上游引物(#1523-ATT GTG GCT GCA GGG ATCAAA GAA AT)，再根据O-抗原基因簇下游的gnd基因设计下游引物(#1524-TAGTCG CGT GNG CCT GGA TTA AGT TCG C)。用Boehringer Mannheim公司的ExpandLong Template PCR方法扩增O-抗原基因簇，PCR反应程序如下在94℃预变性2分；然后94℃变性10秒，60℃退火30秒，68℃延伸15分，这样进行30个循环。最后，在68℃继续延伸7分，得到PCR产物，用0.8％的琼脂糖凝胶电泳检测PCR产物的大小及其特异性。合并6管long PCR产物，并用Promega公司的Wizard PCR Preps纯化试剂盒纯化PCR产物；(3)构建O-抗原基因簇文库用被修改的Novagen DNaseI shot gun法构建O-抗原基因簇文库。反应体系是300ng PCR纯化产物，0.9ul 0.1M MnCl2，1ul 1∶2000稀释的1mg/ml的DNaseI，反应在室温中进行。酶切10分钟使DNA片段大小集中在1kb-3kb之间，而后加入2ul 0.1M EDTA终止反应。合并4管同样的反应体系，分别用等体积的酚和酚∶氯仿∶异戊醇(25∶24∶1)抽提一次，再用等体积的乙醚抽提两次后，用2.5倍体积的无水乙醇沉淀DNA，并用70％乙醇洗沉淀，最后重悬于18ul水中。随后在此混合物中加入2.5uldNTP(1mMdCTP，1mMdGTP，1mMdTTP，10mMdATP)，1.25ul 100mM DTT和5单位的T4DNA聚合酶，11℃ 30分，将酶切产物补成平端，75℃终止反应后，加入5单位的Tth DNA聚合酶及其相应的缓冲液并将体系扩大为80ul，70℃反应20分，使DNA的3’端加dA尾。此混合物经等体积氯仿∶异戊醇抽提和等体积乙醚抽提后与Promega公司的3×10-5的pGEM-T-Easy载体于16℃连接24小时，总体积为90ul。其中有9ul的10×buffer和25单位的T4DNA连接酶。最后用1/10体积的3M NaAc(pH5.2)和2倍体积的无水乙醇沉淀连接混合物，再用70％乙醇洗沉淀，干燥后溶于30ul水中得到连接产物；用BiO-Rad公司的电转化感受态细胞的制备方法制备感受态大肠杆菌DH5 a细胞，取2-3ul连接产物与50ul感受态大肠杆菌DH5 a混合后，转到Bi0-Rad公司的0.2cm的电击杯中电击，电压为2.5千伏，时间为5.0毫秒至6.0毫秒，电击后立即在杯中加入1ml的SOC培养基使菌复苏，然后将菌涂在含有氨苄青霉素、X-Gal和IPTG的LB固体培养基上，在37℃过夜培养，次日得到蓝白菌落，将得到的白色菌落即白色克隆转到含有氨卞青霉素的LB固体培养基上培养，同时从每个克隆中提取质粒，并用EcoRI酶切鉴定其中的插入片段的大小，得到的白色克隆群构成了鲍氏志贺氏8型的0-抗原基因簇文库；(4)对文库中的克隆测序从文库中挑选插入片段在700bp以上的120个克隆由上海生物工程有限公司用ABI377型DNA自动测序仪对克隆中的插入片段单向进行测序，使序列达到80％的覆盖率。剩余20％的序列再根据已得到的序列设计引物，该对引物，如下所示5’-TCGAGTTGGTGATATAGC-3’和5’-TTATTAATAGTCTCCGCG-3’，再从鲍氏志贺氏菌8型的基因组DNA中直接PCR并对PCR产物测序，从而获得O-抗原基因簇的所有序列。(5)核苷酸序列的拼接及分析用英国剑桥MRC(Medical Research Council)分子生物学实验室出版的Staden package软件包的Pregap4和Gap4软件拼接和编辑所有的序列，从而得到鲍氏志贺氏菌8型的O-抗原基因簇的核苷酸全长序列，序列的质量主要由两个方面来保证1)对鲍氏志贺氏菌8型的基因组作6个Long PCR反应，然后混合这些产物以产生文库。2)对每个碱基，保证3个以上高质量的覆盖率。在得到鲍氏志贺氏菌8型O-抗原基因簇的核苷酸序列后，用美国国家生物技术信息学中心(The National Center forBiotechnology Information，NCBI)的orffinder发现基因，找到10个开放的阅读框，用blast系列软件与GenBank中的基因比较以发现这些开放的阅读框的功能并确定它们是什么基因，再用英国sanger中心的Artemis软件完成基因注释，用Clustral W软件做DNA和蛋白质序列间的精确比对，最后得到鲍氏志贺氏菌8型的O-抗原基因簇的结构，如表3所示。(6)特异基因的筛选针对鲍氏志贺氏菌8型的O-抗原基因簇中的wzx、wzy、orf3、orf6、orf7、orf10基因设计引物；在每个基因内各设计了三对引物，每对引物分布在相应基因内的不同地方，以确保其特异性；用这些引物以166株大肠杆菌和43株志贺氏菌的基因组为模板进行PCR，所有引物都在大肠杆菌O143中得到阳性结果，在其他组中都没有扩增到任何大小正确的带，即在大多数组中没有得到任何PCR产物带，虽然在少数组中得到PCR产物带，但其大小不符合预期大小，所以wzx、wzy、orf3、orf6、orf7、orf10基因对鲍氏志贺氏菌8型和大肠杆菌O143及其O-抗原都是高度特异的。
全文摘要
本发明提供一种对鲍氏志贺氏菌8型和大肠杆菌0143的O－抗原特异的核苷酸，它是鲍氏志贺氏菌8型(Shigellaboydii8)中控制O－抗原合成的基因簇的核苷酸全序列，它是如SEQ ID NO1所示的分离的核苷酸，全长15124个碱基；或者具有一个或多个插入、缺失或取代的碱基，同时保持所述分离的核苷酸功能的SEQ ID NO1的核苷酸。还包括源于鲍氏志贺氏菌8型的O－抗原基因簇中的糖基转移酶基因和寡糖单位处理基因的寡核苷酸。本发明通过PCR证实它们对鲍氏志贺氏菌8型和大肠杆菌0143的O－抗原都有高度的特异性。本发明还公开了用本发明的寡核苷酸检测和鉴定人体及环境中的鲍氏志贺氏菌8型和大肠杆菌0143的方法。
文档编号G01N33/569GK1439645SQ0310035
公开日2003年9月3日 申请日期2003年1月20日 优先权日2003年1月20日
发明者王磊, 郭宏杰, 冯露 申请人:南开大学