最早的有關封閉的概念來源于免疫組化,1941年Albert Coons發表文章,采用一種封閉液可以消除抗體的非特異性結合。
原來,在免疫組化染色的過程中,發現有一些內源性的生wu素,酶等非特異性物質干擾信號和增加背景,必須進行阻斷才能達到好的效果,這里有幾個英文詞來形容它的功能(blocking或quench)。
所謂的好的視覺效果就是指高的信噪比(S/N),也就是降低背景信號。常用的封閉液一般有正常血清,脫脂奶粉,BSA,明膠等。
進入分子生物學時代,出現了好幾個BLOT實驗,如western blot,northern blot 和southern blot,還有一個dot blot。在這些實驗中,無一例外地要使用到封閉液。
1984年,David. A Johnson給它命名為Blotto,起先我還認為這個詞是根據blot起的商品名,后來查了一下原文,才知道是一個很有意義的縮寫,叫做 (Bovine Lacto Transfer Technique Optimizer)
這是一種不含有表面活性劑的封閉液,在western blot實驗中防止非特異性結合的效果比BSA和明膠要好,可以顯著降低檢測的背景。后來,許多公司都開發了自己的獨te封閉液的配方,并且商業化。目前市場上有很多商業化的封閉劑產品。
封閉劑的主要功能可以歸類為,
增強信噪比,
降低非特異性結合,
減少背景干擾,
穩定蛋白增加靈敏度。
同時,還必須具備以下特征:
有效地阻斷檢測物質與載體表面的非特異性結合;
不會阻礙試劑的包被;
具有穩定固相結合的功能(防止變性);
沒有酶的活性導致檢測信號的改變或者反應物的降解;
每一批次的高度穩定。
從封閉劑的種類上來講,可以將封閉劑分為以下幾種:
1) 脫脂奶粉
首先是便宜易得,一般2.5-5% 濃度可用.但是,牛奶中含有一些磷酸化蛋白,因此,對于抗磷酸化的抗體不建議使用。
脫脂牛奶在western blot中是一種極為常見的封閉劑,效果相當的好。以前每次到北美回來時,總不免帶幾公斤奶粉回來。和嬰兒無關,只是封閉!
2)小牛血清白蛋白
和脫脂牛奶一樣,小牛血清白蛋白也是一種很常見的封閉劑。BSA 一般配成濃度2-5%使用. 但是價格比較貴。
3) 明膠
明膠是膠原蛋白的水解產物,就是一種短鏈的膠原蛋白,冷水魚皮中提取的的明膠在低溫下可以很好地保持液態,稀釋到 0.1-5%用于封閉。
與BSA或脫脂奶粉不同的是,明膠不含有血清成分,因此不會與哺乳動物的抗體發生交叉反應產生背景信號。
但是,明膠不太適合用于生wu素放大系統的檢測,因為明膠含有內源性的生wu素,對檢測信號會產生干擾。
4) 正常血清 (如:胎牛,家兔,山羊血清等。)
所謂的正常,就是動物無疾病,沒有經過免疫如疫苗等,全血清中含有大量蛋白,可以用于封閉,但是一般情況下我們用的很少,
因為,它的封閉效果與BSA和脫脂奶粉相比,沒有什么優勢,而且血清也很貴,需要封閉的濃度也很高(~5-10%)。正常血清中含有大量的免疫球蛋白,會和哺乳類動物的抗體發生交叉反應。
5) 純化的酪蛋白
酪蛋白是從牛奶中提取的蛋白質,是一種很老的封閉劑。著名的casein block現在還在廣泛使用。必須知道casein就是一種磷酸化蛋白,因此不能用于磷酸化的檢測。
單純的酪蛋白不太好溶解,一般都是以鈉鹽的形式使用。溶解后的溶液呈半透明狀態,好多人以為是污染后的渾濁,其實這只是一種錯覺而已。
6) 非蛋白類封閉劑
Polyvinylpyrrolidone (PVP)是一種非蛋白類的水溶性聚合物,也是一種常用的封閉劑。可以結合NC膜或PVDF膜,與其它封閉劑聯合使用,起到封閉作用。
尤其對于小分子的檢測,大分子量的封閉劑的空間位阻,會影響小分子的結合。像PVP這樣的封閉劑有很多,比如PVA,S7,S9等表面活性劑。
尤其是在側向層析產品中,應用相當廣泛。非蛋白類的封閉劑還包括糖類,蔗糖以及PEG也是一種很好的封閉劑,除了具有良好的封閉效果,還會起到穩定蛋白的作用。
7)吐溫系列
談了這么長時間的封閉液,居然沒有提到吐溫。有點不應該。雖然它也屬于非蛋白類封閉劑,屬于聚合物,屬于表活,但是,作為封閉劑,必須單獨拿出來講。
吐溫在封閉劑當中,我覺得稱得起茶中大紅袍,酒中的拉菲。我們常用的PBST和TBST,后面那個大寫的T就是吐溫:Tween。
它真實的名字叫做Polysorbate Sorbitan ,中文叫做聚氧乙烯失水山li醇脂肪酸酯,根據結構不同分為Tween-20,60,40,80等。
吐溫的作用很強大,可以加在裂解液里溶解膜蛋白,可以加在結合液里用于穩定蛋白,可以和BSA混合作為封閉液,關鍵的吐溫本身沒什么毒性,還可以作為食品添加劑。
每個學免疫的人,對于封閉的理解,基本上都是從Tween-20和BSA開始啟蒙的。
8) 商業化封閉液
一般情況下這些封閉液都含有一些神秘的蛋白和配方,再起一個響亮的名字:如SuperBlock。
可以推測其中不含磷酸化蛋白,不含有免疫球蛋白,不含白蛋白和生wu素。還有一個特點就是封閉速度很快,讓你可以縮短實驗的時間。缺點就是很貴,一分錢一分貨。
既然話題是封閉液,不能單說封閉劑,還得談談溶液的部分。選擇什么樣的溶液?要根據自己的檢測要求來定。
最常見的是PBS或TBS,還有一些buffer比如碳酸鹽,硼酸鹽,都是堿性的緩沖液,醋酸鹽buffer屬于酸性的。
記住如果檢測磷酸化蛋白,或用于堿性磷酸酶系統,不要用PBS。具體的使用還得在實戰中進行摸索。
還有一類特殊的封閉劑屬于特殊的有針對性的的封閉,最著名的就是HAMA。
免疫分析中出現問題的一個常見原因是干擾性抗體,如眾所zhou知的人抗鼠抗體(Human anti-mouse Antibodies,HAMA)、一般的抗動物抗體、嗜異性抗體(Id)或類風濕因子(rheumatoid factors,RF)。
一般來說,這些抗體干擾主要發生在夾心法的免疫分析中,即基于捕獲抗體和檢測抗體。干擾性抗體可以交聯捕獲抗體和檢測抗體,導致假陽性結果。
或者,它們可以阻止抗原與檢測抗體的結合,甚至引起檢測抗體的聚集,導致假陰性結果。由于這種封閉劑的針對性很強,一般情況下都稱之為“阻斷劑",中文用詞講究。
在分子生物學實驗中還有一個常用的,也很奇葩的封閉劑,就是鮭魚的精子DNA。也不知道是誰先想出來的.......