Biopolym. Cell. 2015; 31(4):301-308.
Молекулярная и клеточная биотехнологии
ППР исследования формирования промежуточного слоя биоселективного элемента иммуносенсора на основе рекомбинантного белка A S. aureus
1Рачков А. Э., 1, 2Бахмачук А. О., 1Горбатюк О. Б., 1, 3Мацишин М. И., 4Христосенко Р. В., 4Ушенин Ю. В., 1, 3Солдаткин А. П.
  1. Институт молекулярной биологии и генетики НАН Украины
    ул. Академика Заболотного, 150, Киев, Украина, 03680
  2. Учебно-научный центр «Институт биологии»
    Киевского национального университета имени Тараса Шевченко
    ул. Владимирская, 64/13, Киев, Украина, 01601
  3. Институт высоких технологий,
    Киевский национальный университет имени Тараса Шевченко
    пр. Академика Глушкова 2 кор 5, Киев, Украина, 03022
  4. Институт физики полупроводников им. В. Е. Лашкарева НАН Украины
    просп. Науки, 41, Киев, Украина, 03028

Abstract

Цель. Исследовать формирование промежуточного слоя био­селективного элемента иммуносенсора на основе рекомбинантного белка А Staphylococcus aureus с остатком цистеина (SPA-Cys) и его взаимодействие с иммуноглобулином человека с помощью спектрометра ППР "Плазмон". Методы. Активность использованных иммунокомпонентов была проверена с помощью иммуноферментного анализа. Для изучения иммобилизации белков на золотой сенсорной поверхности и взаимодействий между иммобилизованным SPA-Cys и человеческим иммуноглобулином применили спектрометрию поверхностного плазмонного резонанса. Результаты. Продемонстрирована прямая зависимость сенсорного отклика от концентрации SPA-Cys в диапазоне от 0,2 до 2 мкМ при его иммобилизации. С помощью белков молока удалось эффективно снизить уровень неспецифической адсорбции на сенсорной поверхности. Была показана прямая зависимость сенсорного отклика от концентрации IgG и поверхностной плотности иммобилизованного SPA-Cys. Аппроксимация экспериментальных данных графиком изотермы Ленгмюра дает значение Kd для взаимодействия иммобилизованного SPA-Cys с IgG 8,5 ± 0,7 × 10-8 M (Ka = 1.2 ± 0.1 × 107 М-1). Полученная величина равновесной константы связывания указывает на достаточно сильное взаимодействие, и ее значение согласуется с литературными данными. Выводы. Успешная иммобилизация SPA-Cys на золотой поверхности спектрометра ППР при сохранении его высокой IgG-связывающей активности, селективности и стабильности сенсорного отклика подтверждает эффективность SPA-Cys в качестве промежуточного компонента для создания биоселективного элемента иммуносенсора.
Keywords: иммуноглобулин, рекомбинантный белок А S. aureus, поверхностный плазмонный резонанс, иммобилизация белка, иммуносенсор, равновесная констан­та связывания.

References

[1] Soldatkin AP, Dzyadevych SV, Korpan YI, Sergeyeva TA, Arkhypova VN, Biloivan OA, Soldatkin OO, Shkotova LV, Zinchenko OA, Peshkova VM, Saiapina OY, Marchenko SV, El'skaya AV. Biosensors. A quarter of a century of R&D experience. Biopolym Cell. 2013; 29(3):188–206.
[2] Ramanaviciene A, German N, Kausaite-Minkstimiene A, Voronovic J, Kirlyte J, Ramanavicius A. Comparative study of surface plasmon resonance, electrochemical and electroassisted chemiluminescence methods based immunosensor for the determination of antibodies against human growth hormone. Biosens Bioelectron. 2012;36(1):48-55.
[3] de Juan-Franco E, Caruz A, Pedrajas JR, Lechuga LM. Site-directed antibody immobilization using a protein A-gold binding domain fusion protein for enhanced SPR immunosensing. Analyst. 2013;138(7):2023-31.
[4] Makaraviciute A, Ramanaviciene A. Site-directed antibody immobilization techniques for immunosensors. Biosens Bioelectron. 2013;50:460-71.
[5] Wang C, Feng B. [Research progress on site-oriented and three-dimensional immobilization of proteins]. Mol Biol (Mosk). 2015;49(1):3-25.
[6] Abrahmsén L, Moks T, Nilsson B, Hellman U, Uhlén M. Analysis of signals for secretion in the staphylococcal protein A gene. EMBO J. 1985;4(13B):3901-6.
[7] Moks T, Abrahmsén L, Nilsson B, Hellman U, Sjöquist J, Uhlén M. Staphylococcal protein A consists of five IgG-binding domains. Eur J Biochem. 1986;156(3):637-43.
[8] Sjodahl J. Repetitive sequences in protein A from Staphylococcus aureus. Arrangement of five regions within the protein, four being highly homologous and Fc-binding. Eur J Biochem. 1977;73(2):343-51.
[9] Sidorin EV, Solov'eva TF. IgG-binding proteins of bacteria. Biochemistry (Mosc). 2011;76(3):295-308.
[10] Muramatsu H, Dicks JM, Tamiya E, Karube I. Piezoelectric crystal biosensor modified with protein A for determination of immunoglobulins. Anal Chem. 1987;59(23):2760-3.
[11] Prusak-Sochaczewski E, Luong JHT. A new approach to the development of a reusable piezoelectric crystal biosensor. Anal Lett. 1990; 23(3):401–9.
[12] Kanno S, Yanagida Y, Haruyama T, Kobatake E, Aizawa M. Assembling of engineered IgG-binding protein on gold surface for highly oriented antibody immobilization. J Biotechnol. 2000;76(2-3):207-14.
[13] Ljungquist C, Jansson B, Moks T, Uhlén M. Thiol-directed immobilization of recombinant IgG-binding receptors. Eur J Biochem. 1989;186(3):557-61.
[14] Gorbatiuk OB, Bakhmachuk AO, Dubey LV, Usenko MO, Irodov DM, Okunev OV, Kostenko OM, Rachkov AE, Kordium VA. Recombinant Staphylococcal protein A with cysteine residue for preparation of affinity chromatography stationary phase and immunosensor applications. Biopolym Cell. 2015; 31(2):115–22.
[15] Homola J. Surface plasmon resonance sensors for detection of chemical and biological species. Chem Rev. 2008;108(2):462-93.
[16] Rengevich OV, Shirshov YuM, Ushenin YuV, Beketov AG. Separate determination of thickness and optical parameters by surface plasmon resonance: accuracy consideration. Semiconductor physics, quantum electronics and optoelectronics. 1999; 2(2):28–35.
[17] Gridina N, Dorozinsky G, Khristosenko R, Maslov V, Samoylov A, Ushenin Yu, Shirshov Yu. Surface plasmon resonance biosensor. Sensors & Transducers Journal. 2013; 149(2): 60–8.
[18] Gorbatiuk OB, Okunev OV, Nikolaev YuS, Svyatenko OV, Kordium VA. Construction, expression, functional characterization and practical application of fusion protein SPA-BAPmut. Biopolym Cell. 2013; 29(1):49–54.
[19] Rachkov A, Holodova Y, Ushenin Y, Miroshnichenko D, Telegeev G, Soldatkin A. Development of bioselective element of SPR spectrometer for monitoring of oligonucleotide interactions and comparison with thermodynamic calculations. Sens Lett. 2009;7(5):957–61.
[20] Karlsson R, Ståhlberg R. Surface plasmon resonance detection and multispot sensing for direct monitoring of interactions involving low-molecular-weight analytes and for determination of low affinities. Anal Biochem. 1995;228(2):274-80.
[21] Goode JA, Rushworth JV, Millner PA. Biosensor Regeneration: A Review of Common Techniques and Outcomes. Langmuir. 2015;31(23):6267-76.
[22] Sergeyeva TA, Soldatkin AP, Rachkov AE, Tereschenko MI, Piletsky SA, El`skaya AV. β-Lactamase label-based potentiometric biosensor for α-2 interferon detection. Anal Chim Acta. 1999;390(1-3):73–81.
[23] Schwartz MP, Alvarez SD, Sailor MJ. Porous SiO2 interferometric biosensor for quantitative determination of protein interactions: binding of protein A to immunoglobulins derived from different species. Anal Chem. 2007;79(1):327-34.
[24] Lindmark R, Biriell C, Sjöquist J. Quantitation of specific IgG antibodies in rabbits by a solid-phase radioimmunoassay with 125I-protein A from Staphylococcus aureus. Scand J Immunol. 1981;14(4):409-20.
[25] Saha K, Bender F, Gizeli E. Comparative study of IgG binding to proteins G and A: nonequilibrium kinetic and binding constant determination with the acoustic waveguide device. Anal Chem. 2003;75(4):835-42.