备课素材：大肠杆菌外膜囊泡肿瘤疫苗-2023-2024学年高二上学期生物人教版选择性必修1

大肠杆菌外膜囊泡肿瘤疫苗 先看一道试题： 研究者改造与肠道共生的大肠杆菌，口服该工程菌后激活机体特 异性免疫，实现肿瘤的预防和治疗。 (1)部分肠道细菌能够分泌外膜囊泡(OMW)，如图1.OMW能穿越肠 道上皮屏障活化肠黏膜内丰富的免疫细胞。细菌溶素A(C1yA)是外 膜囊泡上含量较高的特异蛋白。 外置白 启动子（在到拉伯 健存在时启动下的 基因的表达) 孔蛋白 ClyA OVA Fe 整合某因(OWA为里色素 偏细能表面特异性抗原) 相酯质 指黄溶素A 图1 图2 研究者利用含图2所示元件的表达载体转化大肠杆菌制备工程菌， CIyA基因的作用是 ；FC表达产物能够与树突状细胞表面 的特异性受体结合，提高树突状细胞 OMW的能力。 (2)为研究上述工程菌在人为可控条件下引发特异性免疫反应的效 果，研究者用健康小鼠进行如下实验： 组别 第0、3、8天 每次服用工程菌12小时 结果检测 口服工程菌 后，饮用含阿拉伯糖的水 第1组 空载体 + 第12天，每组随机取5只小鼠等 第2组 ClyA-Fc 量的脾脏细胞与黑色素瘤细胞共 第3组 ClyA-OVA + 培养，检测杀伤率，结果如图3 第4组 第5组 注：“+”、 “-”代表是否饮用； 口服工程菌12小时后其在肠道内存在数量较多。 60 40 20 第1组第2组第3组第4组第5组 图3 ①第4、5组的操作是 图3结果说明工程菌在人为可控 条件下引发特异性免疫反应，理由是 ②为进一步验证上述结论，研究者进行如下实验：先加入 (填 选项前字母)保温后漂洗，再加入 (填选项前字母)保温后 漂洗，检测荧光细胞的数目，若第5组 为最大值，则上述结 论成立。 A.带有红色荧光标记的OVA抗原肽复合物 B.带有绿色荧光标记的细胞毒性T细胞特异性抗体 C.第1-5组小鼠脾脏细胞 ③肿瘤患者术后极易复发，研究者重复上表实验，并在第3次口服工 程菌后第50天给小鼠注射黑色素瘤细胞。目的是 (3)该工程菌的研发为不同肿瘤的精准治疗和预防提供了可能。依 据本研究，设计针对肺癌治疗的工程菌表达载体元件： 答案： (1)表达C1yA,使OVA和Fc定位至OMW表面；识别、摄取 (2)第4组：C1 yA-OVA-Fc和-第5组：CIyA-OVA-Fc和+；第3、5 组含有OVA,在人为控制口服阿拉伯糖后产生OMV,激活特异性免疫， 对肿瘤细胞的杀伤率较高；第1、2组缺乏OVA,第4组无阿拉伯糖 诱导，杀伤率均低；AC;B;同时被红色和绿色荧光标记的细胞数目 占比；研究该口服工程菌是否能够诱发长期免疫记忆，从而抑制肿瘤 复发 (3)将元件中的OVA替换为肺癌细胞特异性表达的抗原基因 解析： (1)细菌溶素A(C1yA)是外膜囊泡上含量较高的特异蛋白，而OMW 能穿越肠道上皮屏障活化肠黏膜内丰富的免疫细胞。所以，CIyA基 因的作用为表达出细菌溶素A(CIyA),使OVA和Fc定位至OMW表 面，进而融合基因可以被免疫细胞识别。F℃表达产物能够与树突状 细胞表面的特异性受体结合，进而提高树突状细胞识别、摄取和传递 抗原信息的能力。 (2)①根据表格和柱状图可知，服用的工程菌采用“加法原理”， 逐渐增加部件，且第4组和第5组工程菌都是完整的，即第4组： C1 yA-OVA-Fc,第5组：ClyA-OVA-Fc,但是第4组不饮用含阿拉伯糖 的水，不能激活融合基因的表达；第5组饮用含阿拉伯糖的水，激活 融合基因的表达。所以，第3、5组含有OVA,在人为控制口服阿拉 伯糖后产生OMW,激活特异性免疫，对肿瘤细胞的杀伤率较高；第1、 2组缺乏OVA,第4组无阿拉伯糖诱导，杀伤率均低。 ②小鼠脾脏细胞具有免疫细胞，可在抗原刺激下引起特异性免疫。带 有红色荧光标记的OVA抗原肽复合物可引起小鼠脾脏细胞发生特异 性免疫，故先加入第1-5组小鼠脾脏细胞和带有红色荧光标记的OVA 抗原肽复合物进行保温，判断特异性免疫的强度，故答案为：AC。 再加入带有绿色荧光标记的细胞毒性T细胞特异性抗体，目的是检测 OA抗原肽复合物是否能够产生特异性细胞毒性T细胞。故答案为： B。 若第5组同时被红色和绿色荧光标记的细胞数目占比越多，说明工程 菌在人为可控条件下引发特异性免疫反应，结论成立。 ③肿瘤患者术后极易复发，说明特异性免疫功能减弱。所以，可多次 注射黑色素瘤细胞，进而研究该口服工程菌是否能够诱发长期免疫记 忆，从而抑制肿瘤复发。 (3)本实验中融合基因里面有OVA(黑色素瘤细胞特异性抗原)， 所以只需将OVA替换为肺癌细胞特异性抗原即可。即将元件中的OVA 替换为肺癌细胞特异性表达的抗原基因。 这道试题以大肠杆菌外膜囊泡免疫疗法综合考查免疫与基因工 程。 那么，大肠杆菌外膜囊泡免疫疗法机理是怎样的？ 近年来，科学家发明了一种肿瘤免疫疗法。