植物瞬时表达系统生产疏水蛋白融合SARS-CoV-2 RBD蛋白及其在COVID-19血清学诊断中的应用

这篇研究创新性地利用烟草（Nicotiana benthamiana L.）瞬时表达系统生产疏水蛋白（HFBI）融合的SARS-CoV-2受体结合域（RBD）蛋白，通过简化水两相分离系统（ATPS）实现高效纯化（195.5±33.5 μg/g鲜叶）。实验证实该重组蛋白（RBD-S-SCV2-HFBI）能被COVID-19患者血清IgG/IgM特异性识别，为资源有限地区提供了快速、低成本的诊断抗原生产方案。

　　

Abstract

全球健康危机凸显了对可及性生物医学解决方案的需求。研究通过植物瞬时表达系统生产融合疏水蛋白I（HFBI）的SARS-CoV-2 RBD蛋白（RBD-S-SCV2-HFBI），利用Triton X-114简化纯化流程，产量达195.5±33.5 μg/g鲜叶。Western blot和ELISA证实该蛋白可被COVID-19患者血清特异性识别，为诊断试剂开发提供新思路。

Introduction

SARS-CoV-2疫情暴露出资源有限地区的医疗短板。病毒通过Spike蛋白RBD区域结合宿主ACE2受体，使得RBD成为诊断和疫苗研发的关键靶点。传统动物细胞表达系统成本高昂，而植物表达系统（如本氏烟草）具有快速、低成本优势。疏水蛋白标签（HFBI）的引入显著提升蛋白纯化效率，其疏水表面特性促进蛋白聚集，简化下游处理流程。

Methods

■ 基因构建：从NCBI获取巴西患者SARS-CoV-2毒株（MT126808）RBD序列，经密码子优化后克隆至含HFBI标签的pCAMGate-ER-HFBI载体。

■ 植物表达：农杆菌浸润6-8周龄本氏烟草叶片，4天后收获（表达峰值0.335 μg/μL）。

■ 纯化优化：6% Triton X-114水两相系统实现高效分离，SDS-PAGE显示37 kDa目标条带。

■ 免疫评价：采用COVID-19患者血清（n=100）和小鼠免疫血清，通过Western blot和ELISA验证抗原性。

Results

■ 表达效率：第4天表达量最高，6% Triton X-114处理组纯度最佳（0.414 μg/μL）。

■ 免疫反应性：

• 小鼠免疫血清在Western blot中特异性识别37 kDa条带

• 患者血清IgG/IgM对RBD-S-SCV2-HFBI的ELISA反应与天然病毒抗原相当

  ■ 交叉反应测试：未发现与植物宿主蛋白的非特异性结合

Discussion

相比传统哺乳动物细胞系统（22-24 μg/g），本研究产量提升近10倍。HFBI标签的"分子胶水"特性使蛋白在ATPS中自发分离，避免昂贵层析步骤。虽然采用半纯化制品，但血清学检测特异性仍达标准，特别适合偏远地区快速部署。

Conclusion

该研究开创性地将植物表达系统与疏水蛋白纯化技术结合，为传染病诊断抗原生产提供"从植物到试剂盒"的一站式解决方案。未来需扩大样本验证其对变异株的检测效力，并探索该平台在埃博拉、寨卡等其他新发传染病中的应用潜力。