噬菌体展示技术及感受态细胞选择

自2002年Humira (Adalimumab，阿达木单抗)成为第一个使用噬菌体展示技术开发的单克隆抗体疗法以来，它的销量一直处于领先地位^[1,2]。噬菌体展示是一种可以筛选大量蛋白质的技术，现在它是在体外生产高亲和力单克隆抗体的最有效方法之一^[1]。

目前噬菌体展示系统已被广泛应用于抗体工程、疫苗研发和多种疾病的诊断与治疗^[3]。然而，噬菌体展示技术成功很大程度依赖于选择最合适的感受态细胞进行转化。

Chapter. 01噬菌体展示技术的优势

诺贝尔奖获得者乔治·史密斯(George Smith)通过将感兴趣蛋白质的基因与噬菌体表面的编码基因融合，使外源蛋白与噬菌体的外壳蛋白融合表达^[4]。这有利于根据蛋白质和肽的序列高效筛选大量蛋白质和肽库。

该技术依赖于结合噬菌体和质粒特性的DNA载体，即噬菌体。这使得受感染的大肠杆菌感受态细胞产生新的噬菌体颗粒，其中包含感兴趣的蛋白质或肽。

噬菌体展示的文库设计，可以包括数百万个或更多携带靶序列的DNA克隆，构成展示蛋白质/肽的DNA序列主要被克隆到噬菌粒载体上。用所得噬菌粒文库转化大肠杆菌细胞，并在辅助噬菌体感染后，产生噬菌体展示文库。该文库针对先前固定的目标进行亲和筛选?？梢灾馗醇复我匝≡褡钐匾煨越岷系碾?/span>/蛋白质。

这种筛选过程使噬菌体展示技术特别适合发现高度特异性的抗体。与杂交瘤技术相比，它具有几个优势：

1. 涵盖大量克隆

2. 筛选有毒和非免疫原性抗原

3. 可以用任何动物（包括人类）制作文库

4. 可直接得到序列，从而更容易进一步设计抗体

图 1.噬菌体文库的构建和筛选过程

Chapter. 02为什么感受态细胞很重要？

噬菌体展示文库可以产生数十亿种不同的肽和蛋白质。这一点，需要高效能的感受态细胞。更高的转化效率可以显著增加重组体的绝对数量，显著降低生产和筛选多肽和蛋白质噬菌体展示库的成本。对DNA转化方式进行优化的感受态细胞可以将转化效率提高到现有方法的十倍。

电转化感受态细胞可以实现高转化效率，因此推荐用于生产大的、多样性高的文库。当施加电脉冲时，感受态细胞的膜具有高度渗透性，以使遗传物质易于穿透。

Chapter. 03选择合适类型的感受态细胞

选择最适合噬菌体展示的感受态细胞菌株，有几个重要因素：

1.如前所述，感受态细胞需要具有非常高的转化效率。

2.可能需要适合蓝白斑筛选的感受态细胞。研究者通过携带载体的菌落不能表达β-半乳糖苷酶和水解X-gal产生的蓝色克隆来识别携带具有功能插入片段的载体的菌落。

3.噬菌体外壳蛋白和展示肽之间的琥珀终止密码子允许琥珀抑制菌株表达融合蛋白。

Chapter. 04适用于各种应用的高效感受态细胞

LGC（Biosearch Technologies）为不同的应用提供一系列高效感受态细胞。最受欢迎的噬菌体展示菌株如下：

1. TG1 ：超高转化效率≧4×10¹⁰ cfu/μg，克隆甲基化DNA，蓝白斑筛选，琥珀抑制菌株，F?质粒。这适用于处理抗体或抗体片段库。

2. SS320（MC1061 F?）：超高转化效率≧4×10¹⁰ cfu/μg，克隆甲基化DNA，蓝白斑筛选，F?质粒，非琥珀抑制因子。

3. ER2738：高转化效率≧2×10¹⁰ cfu/μg，克隆甲基化DNA，蓝白斑筛选，琥珀抑制菌株，F?质粒。这适用于使用肽展示文库。

4. MC1061 F：超高转化效率≧4×10¹⁰ cfu/μg，克隆甲基化DNA，蓝白斑筛选。这与菌株 SS320相同，只是它缺乏丝状噬菌体（如M13）感染所需的F?因子。该菌株可用于质粒增殖和噬菌体展示，但不能用于再感染。

Chapter. 05为您的实验选择最佳细胞株

下面的流程图可以帮助您根据正在进行的噬菌体展示实验类型选择合适的细胞株。

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参考文献：

1. Nagano K and Tsutsumi Y. Phage Display Technology as a Powerful Platform for Antibody Drug Discovery. Viruses. 2021. 13(2): 178. doi: 10.3390/v13020178IF: 4.7 Q2 IF: 4.7 Q2

2. Two decades and $200 billion: AbbVie’s Humira monopoly nears its end. Biopharma Dive. https://www.biopharmadive.com/news/humira-abbvie-biosimilar-competition-monopoly/620516/ 

3. Bazan J, Ca?kosiński I and Gamian A. Phage display—A powerful technique for immunotherapy. Human Vaccines and Immunotherapeutics. 2012. 8(12): 1817–1828. doi: 10.4161/hv.21703IF: 4.8 Q1 IF: 4.8 Q1    

4. Sioud M. Phage Display Libraries: From Binders to?Targeted Drug Delivery and?Human Therapeutics. Molecular Biotechnology. 2019. 61:286–303. doi: 10.1007/s12033-019-00156-8IF: 2.6 Q3

5. Feng M et al. Construction and next-generation sequencing analysis of a large phage-displayed VNAR single-domain antibody library from six na?ve nurse sharks. Antibody Therapeutics. 2019. 2(1):1–11. doi: 10.1093/abt/tby011  

6. Nessler I et al. Increased Tumor Penetration of Single-Domain Antibody–Drug Conjugates Improves In Vivo Efficacy in Prostate Cancer Models. Cancer Research. 2020. 80 (6): 1268–1278. doi: 10.1158/0008-5472.CAN-19-2295IF: 11.2 Q1

7. Moutel S et al. NaLi-H1: A universal synthetic library of humanized nanobodies providing highly functional antibodies and intrabodies. eLife. 2016. 5:e16228. doi: 10.7554/eLife.16228IF: 7.7 Q1

8. Bullen G et al. Cross-Reactive SARS-CoV-2 Neutralizing Antibodies From Deep Mining of Early Patient Responses. Frontiers in Immunology. 2021. doi: 10.3389/fimmu.2021.678570IF: 7.3 Q1

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