肉类及其制品是百姓餐桌上不可或缺的美味,市场对肉类的需求逐年增加,肉类产品的质量问题随之成为重要的民生问题,在利益驱使下,肉类及其制品掺假问题频繁发生。例如,猪肉、鸡肉或鸭肉部分代替牛肉或羊肉[1-2]、马肉充当牛肉[3]、马肉冒充驴肉[4]等。目前,对肉类及其制品掺假检测技术主要有感官鉴别[5]、聚合酶链式反应[6-12]、红外光谱[13-17]、色谱-质谱联用[18-22]、酶联免疫吸附测定(enzyme-linked immunosorbent assay,ELISA)[23-27]等方法。ELISA方法基于抗原与抗体的特异性结合,从而捕获目的蛋白,具有高敏感性、特异性的特点,且方法简便,不需要昂贵的仪器设备[28]。
肉制品加工过程中常采用的蒸煮、烘烤等处理会导致蛋白质降解或损失[28]。对耐热性标志蛋白的研究发现,肌钙蛋白具有热稳定性,可以作为生肉及热加工肉制品的肉源性成分鉴别标志蛋白[29-30]。骨骼肌肌钙蛋白是调节横纹肌收缩功能的结构蛋白,包括sTn T、sTn C和sTn I 3 个亚基,其分子质量分别为37、18、24 kDa[31-34]。
本研究采用2 种蛋白质提取方法[28-29],对猪骨骼肌肌肉组织进行研磨、煮沸、匀质等操作,获得猪骨骼肌肌钙蛋白免疫原及检测原。通过免疫小鼠制备单克隆抗体,并对抗体的效价、特异性等特征进行评价。本研究对建立猪肉源性成分免疫学鉴别方法,进一步促进肉类制品掺杂、掺假的快速检测研究具有重要意义。
弗氏完全佐剂、弗氏不完全佐剂、聚乙二醇(polyethylene glycol,PEG)、细胞培养板 美国康宁公司;DMEM培养基、胎牛血清 美国Gibco公司;HAT培养基补充剂(50×)Hybri-MaxTM、HT培养基补充剂(50×)Hybri-MaxTM、免疫球蛋白(immunoglobulins,Ig)亚型检测试剂盒 美国Sigma公司;辣根过氧化物酶标记山羊抗小鼠IgG 北京中杉金桥生物科技有限公司;丙烯酰胺、亚甲基双丙烯酰胺、甘氨酸、十二烷基硫酸钠(sodium dodecyl sulfate,SDS)、Tris、四甲基乙二胺(N,N,N’,N’-tetramethylethylenediamine,TEMED) 美国BBI公司;其他试剂均为国产分析纯。
BALB/c小鼠由河北医科大学实验动物中心提供,动物生产许可证号:SCXK(冀)2018-004。
MCO-15AC CO2培养箱 日本Sanyo公司;SW-CJ-2FD净化工作台 苏州净化设备有限公司;CKX41SF倒置显微镜 日本Olympus公司;4710超声破碎仪美国Cole-Parmer仪器公司;Heraus Multifuge高速冷冻离心机、ND2000超微量核酸蛋白测定仪、MT-13K-L迷你手持均质仪 杭州米欧仪器有限公司、Multiskan Go 1510型酶标仪 德国Thermo公司。
1.3.1 猪骨骼肌肌钙蛋白免疫原的提取及SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳(SDS-polyacrylamide gel electropheresis,SDS-PAGE)鉴定
取新鲜猪腿肉10 g,去除脂肪及结缔组织,剁碎,加入20 mL 0.15 mol/L NaCl溶液,用匀质仪匀质1 h。超声波(100 W、5 min)处理后沸水浴20 min,6 000 r/min离心30 min,取上清液,121 ℃、0.12 MPa处理30 min。用Whatman No.1滤纸过滤,向滤液中按体积比1∶3.74加入体积分数90%乙醇,8 000 r/min离心20 min,弃上清,将沉淀溶于0.01 mol/L磷酸盐缓冲液中,得到猪骨骼肌肌钙蛋白免疫原,用超微量核酸蛋白测定仪测定溶液蛋白质量浓度,于-20 ℃或-80 ℃保存备用。
配制12%分离胶、5%浓缩胶,对猪骨骼肌肌钙蛋白免疫原进行SDS-PAGE分析。
1.3.2 检测原的提取及SDS-PAGE鉴定
取新鲜猪、牛、羊、鸡、鸭腿肉若干,切块、分装,于-80 ℃保存,使用前于室温放置3 h完全解冻。分别称取各种肉样10 g,剁碎,分别装于离心管中,沸水浴15 min后,立即用冰水冷却,向离心管中加入20 mL含0.5 mol/L NaCl的0.01mol/L磷酸盐缓冲液,匀质1 h。6 000 r/min离心30 min,弃沉淀,取上清,得到以上各物种骨骼肌提取物,即为相应骨骼肌肌钙蛋白检测原,用超微量核酸蛋白测定仪测定溶液蛋白质量浓度,于-20 ℃或-80 ℃保存备用。
配制12%分离胶、5%浓缩胶,对检测原进行SDSPAGE鉴定。
1.3.3 动物免疫
用生理盐水将猪骨骼肌肌钙蛋白免疫原稀释至0.2 mg/mL,取600 μL稀释的免疫原溶液与等体积弗氏佐剂混合振荡10 min,首次免疫选用弗氏完全佐剂,之后免疫选用弗氏不完全佐剂。取BALB/c小鼠3 只,向其颈背部注射上述含弗氏佐剂的猪骨骼肌肌钙蛋白免疫原,注射剂量400 μL/只,共免疫4 次,每隔2 周免疫1 次,最后一次免疫10 d后断尾取血,间接ELISA方法检测血清抗体效价,选取效价最高的小鼠进行后续细胞融合实验。
1.3.4 猪骨骼肌肌钙蛋白单克隆抗体的制备
参考文献[27]的方法,采用PEG法进行细胞融合,融合7 d后出现细胞集落,更换HT培养基。用间接ELISA方法检测细胞上清,筛选分泌单克隆抗体为阳性的孔,通过有限稀释法进行细胞亚克隆,得到抗体分泌稳定的杂交瘤细胞株。取1 只BALB/c小鼠进行致敏,向其腹腔内注射500 μL石蜡油,致敏14 d后,向其腹腔注射入杂交瘤细胞,12 d后待腹部膨大取腹水,采用辛酸-硫酸铵法纯化,得到单克隆抗体,检测抗体质量浓度,-20 ℃保存备用。
1.3.5 猪骨骼肌肌钙蛋白单克隆抗体特征评价
1.3.5.1 单克隆抗体效价测定
采用间接ELISA方法进行单克隆抗体效价的测定[27]。用含0.015 mol/L Na2CO3、0.035 mol/L NaHCO3的碳酸盐缓冲液将检测原质量浓度稀释至2 μg/mL,加入96 孔板,每孔100 μL,37 ℃包被1 h;用含0.1%吐温-20的0.01 mol/L磷酸盐缓冲液洗涤,每孔洗涤3次,拍干;用含0.1%吐温-20的0.01 mol/L磷酸盐缓冲液将单克隆抗体以1∶200、1∶400、1∶800、1∶1 600、1∶3 200、1∶6 400、1∶12 800、1∶25 600、1∶51 200、1∶102 400、1∶204 800、1∶409 600、1∶819 200做倍比稀释,每孔加入100 μL,37 ℃孵育45 min,洗涤,拍干;每孔加入100 μL山羊抗小鼠IgG二抗(稀释比例1∶10 000),37 ℃孵育30 min,洗涤,拍干;每孔加入100 μL显色液,37 ℃避光反应12 min;每孔加入50 μL终止液,于450 nm波长处测定光密度(optical density,OD)值。阴性对照孔(0.01 mol/L、pH 7.4的磷酸盐缓冲液)记为OD0,各实验孔记为ODt,以ODt/OD0≥2.1所对应的稀释比作为效价检测结果。
1.3.5.2 单克隆抗体亚型测定
按照Ig亚型检测试剂盒的说明书步骤进行测定。
1.3.5.3 单克隆抗体特异性测定
用间接ELISA方法测定单克隆抗体与牛、羊、鸡、鸭骨骼肌提取物的效价[27]。
用免疫印迹方法检测单克隆抗体与猪、牛、羊、鸡、鸭骨骼肌提取物结合的特异性。取1.3.2节制备的猪、牛、羊、鸡、鸭检测原各15 μg,经SDS-PAGE电泳后,切胶,92 mA恒定电流转膜1 h,封闭,洗膜,用封闭液(含5 g/100 mL牛血清白蛋白、0.05%吐温-20、0.8 g/100 mL NaCl、0.01 mol/L的Tris缓冲液)将单克隆抗体溶液按体积比1∶2 000稀释,37 ℃摇动孵育1~1.5 h,洗膜,再用上述封闭液将山羊抗小鼠IgG二抗按1∶3 000稀释,37 ℃摇动孵育1~1.5 h,洗膜后滴加显色液,拍照。
1.3.5.4 单克隆抗体亲和力测定
采用间接E L I S A方法[2 7],将猪骨骼肌肌钙蛋白检测原按质量浓度梯度(1、0.5、0.2 5、0.125 μg/mL)进行包被;对每个检测原质量浓度下,均用含0.1%吐温-20的0.01 mol/L磷酸盐缓冲液将单克隆抗体按照1∶10、1∶30、1∶90、1∶270、1∶810、1∶2 430、1∶7 290、1∶21 870、1∶65 610、1∶196 830、1∶590 490、1∶1 771 470、1∶5 314 410、1∶15 943 230和1∶47 829 690做倍比稀释,每孔加入100 μL,37 ℃孵育45 min,洗涤,拍干;每孔加入100 μL山羊抗小鼠IgG二抗(稀释比例1∶10 000),37 ℃孵育30 min,洗涤,拍干;每孔加入100 μL显色液,37 ℃避光反应12 min;每孔加入50 μL终止液,于450 nm波长处测定OD值。以抗体浓度的对数值作为横坐标,以对应OD值作为纵坐标,绘制曲线。根据下式计算亲和力常数。
式中:Ab’和Ab分别表示抗原稀释中2 个不同猪骨骼肌肌钙蛋白检测原质量浓度下OD=1/2ODmax时分别对应的抗体浓度;n表示对应猪骨骼肌肌钙蛋白检测原质量浓度间的稀释倍数。4 个质量浓度下分别计算Ka后,结果取平均值。
使用Excel软件、GraphPad Prism 8作图软件处理数据。
由表1可知,分别取猪、牛、羊、鸡、鸭骨骼肌肌肉组织,猪骨骼肌提取后得到蛋白提取物中免疫原及检测原质量浓度分别为5.4 mg/mL和9.0 mg/mL,得率分别为0.28%和2.24%。牛、羊、鸡、鸭骨骼肌检测原蛋白质量浓度分别为8.4、12.0、17.8、15.5 mg/mL,得率分别为2.09%、2.32%、3.63%和3.30%。
表1 猪、牛、羊、鸡、鸭骨骼肌免疫原与检测原质量浓度与得率Table 1 Concentrations and yields of immunogens and detection antigens
?
由图1可知,5 种动物的骨骼肌肌钙蛋白提取后,蛋白条带清晰且颜色较深的共有条带主要有2 条。在37 kDa(sTn T)和24 kDa(sTn I)处,猪免疫原及猪、牛、羊、鸡、鸭检测原均有清晰条带,其中猪免疫原条带最为明显,但24 kDa处不及37 kDa处明显,牛、羊、猪检测原在24 kDa处条带较浅。此外,在18 kDa处(sTn C)牛、羊检测原有较清晰条带,其余检测原没有;鸡检测原在15 kDa处有1 条特异条带,鸭检测原在16 kDa处有1 条特异条带。以上结果表明,在蛋白提取过程中不同肌钙蛋白亚型在不同物种中的损失程度不同。
图1 猪、牛、羊、鸡、鸭骨骼肌免疫原及检测原的SDS-PAGE鉴定结果Fig. 1 SDS-PAGE identification of immunogens and detection antigens
泳道1. 猪免疫原;泳道2. 猪检测原;泳道3. 鸡检测原;泳道4. 鸭检测原;泳道5. 羊检测原;泳道6. 牛检测原。
融合7 d后,用间接ELISA方法检测细胞上清,筛选出抗体分泌为阳性的孔,经过3~4 次亚克隆至全阳,得到1 株单克隆抗体细胞株,命名为2E8。由表2可知,单克隆抗体2E8经纯化后,测得其蛋白质量浓度为6.2 mg/mL;包被猪检测原质量浓度2 μg/mL时,其效价为1∶4.1×105。
表2 单克隆抗体2E8的效价与质量浓度
Table 2 Titer and concentration of monoclonal antibody 2E8
?
由图2可知,2E8与IgG2a反应的A450 nm为2.49,与其他亚类抗体反应的A450 nm均很低,因此,细胞株2E8分泌的抗体亚型为IgG2a。
图2 单克隆抗体2E8亚型测定结果
Fig. 2 Subtype determination of monoclonal antibody 2E8
2.5.1 间接ELISA法检测结果
由图3可知,单克隆抗体2E8与猪检测原反应的效价为1∶4.1×105,与鸡、鸭检测原反应的效价均为1∶1.0×105,交叉反应率为25%;与牛、羊检测原反应的效价较低,分别为1∶6.4×103、1∶2.6×104,交叉反应率分别为1.7%、6.3%。以上结果表明,单克隆抗体2E8可以在一定程度上区分猪骨骼肌提取物与牛、羊、鸡、鸭的骨骼肌提取物。
图3 单克隆抗体2E8交叉反应结果
Fig. 3 Cross-reactivity of monoclonal antibody 2E8
2.5.2 免疫印记检测结果
由图4可知,免疫印迹结果显示,在37 kDa(sTn T)处,单克隆抗体2E8与猪检测原反应明显,条带清晰,与羊、鸡、鸭检测原反应轻微,与牛检测原几乎不反应。这说明单克隆抗体2E8可以特异性结合猪骨骼肌肌钙蛋白T亚基(sTn T),与羊、鸡、鸭骨骼肌肌钙蛋白T有轻微交叉反应,与牛骨骼肌肌钙蛋白T无交叉反应。
图4 单克隆抗体2E8与各检测原特异反应的免疫印迹图谱
Fig. 4 Western blotting showing specificity of 2E8 to test antigens from different species
泳道1. 鸭免疫原;泳道2. 鸡检测原;泳道3. 羊检测原;泳道4. 牛检测原;泳道5. 猪检测原。
间接ELISA与免疫印迹的分析结果均表明,单克隆抗体2E8虽然能在一定程度上区分猪骨骼肌提取物与牛、羊、鸡、鸭的骨骼肌提取物,但与牛、羊、鸡、鸭的骨骼肌提取物均存在一定的交叉反应。这与猪、牛、羊、鸡、鸭的骨骼肌肌钙蛋白的氨基酸序列具有高相似性有关。
图5 单克隆抗体2E8亲和力曲线
Fig. 5 Affinity curve of monoclonal antibody 2E8
采用间接ELISA法测定4 种包被质量浓度下的抗原与倍比稀释的抗体反应的OD值,绘制单克隆抗体2E8的亲和力曲线。通过GraphPad Prism 8软件计算OD=1/2ODmax时对应的抗体物质的量浓度,4 个质量浓度下分别计算Ka后,取平均值,最终获得单克隆抗体2E8的亲和力常数Ka=5.14×106 L/mol。
采用2 种骨骼肌肌钙蛋白提取的方式,分别提取猪骨骼肌肌钙蛋白免疫原与猪、牛、羊、鸡、鸭骨骼肌肌钙蛋白检测原,选择免疫效果好的小鼠进行细胞融合,3 次亚克隆后最终筛选获得抗猪骨骼肌肌钙蛋白的抗体1 株,命名为2E8。通过间接ELISA方法对抗体的特征进行评价。结果表明,单克隆抗体2E8为IgG2a亚型;与牛、羊、鸡、鸭的交叉反应率分别为1.7%、6.3%、25%、25%;亲和力常数为5.14×106 L/mol;免疫印记结果显示抗体2E8能够结合猪骨骼肌肌钙蛋白T亚基。以上结果表明单克隆抗体2E8可以在一定程度上区分猪、牛、羊、鸡、鸭的骨骼肌蛋白提取物,为肉类掺假快速检测技术的发展提供理论与技术支持。
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