日本血吸蟲可溶性抗原基因的生物信息學(xué)分析

熊 濤，張 楓，盧利莎，倪鳳娥

(長江大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，湖北 荊州 434025)

日本血吸蟲可溶性抗原基因的生物信息學(xué)分析

熊 濤，張 楓，盧利莎，倪鳳娥

(長江大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，湖北 荊州 434025)

應(yīng)用國際互聯(lián)網(wǎng)生物信息學(xué)網(wǎng)站，分析整理了日本血吸蟲(Schistosomasisjaponicum)抗原基因編碼的蛋白質(zhì)序列。結(jié)果表明，在15個日本血吸蟲抗原基因編碼的蛋白中，等電點最高的是AF500622，最低的是AM26213；親水性最高的是AF370036，最低的是AF50062。對日本血吸蟲抗原基因編碼的蛋白質(zhì)進(jìn)行生物信息學(xué)的整理分類，為進(jìn)行抗原提取和可溶性研究奠定了基礎(chǔ)。

日本血吸蟲(Schistosomasisjaponicum)；生物信息學(xué)；基因；序列分析

日本血吸蟲(Schistosomasisjaponicum)是一種復(fù)雜的多細(xì)胞生物，近年來在我國局部地區(qū)對人類的健康造成了一定的威脅[1]。日本血吸蟲病對宿主的最大危害是來自蟲卵所致的肉芽病變。日本血吸蟲成蟲約24d開始產(chǎn)卵，約4周時肝組織內(nèi)發(fā)現(xiàn)蟲卵，5周尚未形成蟲卵病變，至6周時發(fā)生嚴(yán)重病變時即進(jìn)行診斷[2]。隨著生物技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，積累了大量的生物數(shù)據(jù)和信息，每年核酸序列庫、蛋白質(zhì)序列庫、蛋白質(zhì)和核酸結(jié)構(gòu)庫、以及各種基因組數(shù)據(jù)庫等都在急劇增加[3]。日本血吸蟲抗原很復(fù)雜，它包含童蟲、成蟲和蟲卵等的分泌物、排泄物和裂解產(chǎn)物，能夠引起宿主免疫應(yīng)答的物質(zhì)統(tǒng)稱為抗原物質(zhì)；血吸蟲抗原分為膜抗原、蟲卵可溶性抗原、微粒體抗原和循環(huán)體抗原4類，蟲卵可溶性抗原除了具有明顯的抗感染免疫作用外，具有抗病免疫作用，還便于提取、電泳和雜交測試[4]，所以許多學(xué)者對抗原的可溶性進(jìn)行了研究。國內(nèi)外對日本血吸蟲某種未知基因進(jìn)行生物信息學(xué)預(yù)測研究得比較多，如對日本血吸蟲未知基因進(jìn)行BLAST比對，對其蛋白質(zhì)一級、二級、三級結(jié)構(gòu)進(jìn)行預(yù)測，但是對日本血吸蟲抗原基因按可溶性的某些指標(biāo)進(jìn)行的分類整理還未見報道[5-8]。本研究利用生物信息學(xué)技術(shù)對在Genbank登錄的日本血吸蟲抗原基因編碼的蛋白質(zhì)進(jìn)行了整理、分類。

1 材料與方法

利用網(wǎng)站http://www.ncbi.nlm.nih.gov中的entrez進(jìn)行檢索日本血吸蟲抗原基因得到15個相關(guān)基因，再對基因進(jìn)行逐個檢索，得到抗原基因的基本屬性。利用DNAMAN軟件對15個日本血吸蟲抗原基因編碼的蛋白逐個進(jìn)行等電點分析，并按一定的順序進(jìn)行整理。利用BLAST 2.2.13軟件、BioEdit軟件和DNAMAN軟件對日本血吸蟲抗原基因編碼的蛋白進(jìn)行親水性分析[9-11]。

2 結(jié)果與分析

2.1 日本血吸蟲抗原基因的檢索

檢索得到了15個抗原基因，分別是AB006459、AF370036、AF448824、AF500622、AF502582、AM26211、AM26212、AM26213、AY226984、L08198、M14654、M25214、M63706、U57557、X70968，并得到了相關(guān)的基因序列、編碼蛋白質(zhì)區(qū)域的介紹。

2.2 日本血吸蟲15個抗原基因等電點分析

抗原在溶液中的可溶性分為內(nèi)因和外因2個部分，所謂外因就是溶液的基本性質(zhì)，如濃度、pH、溫度、離子強度等。對日本血吸蟲15個抗原基因編碼的蛋白質(zhì)的等電點進(jìn)行整理分析發(fā)現(xiàn)，15個抗原等電點從高到低的順序是AF502582、AF370036、AM26211、X70968、AY226984、M14654、AM26212、AB006459、L08198、AM26213、M25214、U57557、AF448824、AF500622、M63706，其中等電點最高的是AF502582，為9.46，最低的是M63706，為4.42，平均等電點為6.46。通過分析等電點可確定可溶性抗原提取過程中溶液配制中的pH大小。

2.3 日本血吸蟲15個抗原基因的親水性分析

影響蛋白質(zhì)抗原可溶性的內(nèi)因涉及到抗原的一級結(jié)構(gòu)的AT/GC值、蛋白質(zhì)疏水性、等電點、蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)和三級結(jié)構(gòu)。通過測定發(fā)現(xiàn)，日本血吸蟲15個抗原基因中，親水性從高到低排列如下AF370036、AB006459、L08198、M14654、X70968、M63706、AF502582、AY226984、AF448824、AM26211、AM26212、AM26213、M25214、U57557、AF500622。其中最高親水位置和最高親水值分別是90和2.83(AF370036)，相對較低的親水位置和親水值分別是25和1.16(AF500622)。此結(jié)果對人們進(jìn)行抗原的可溶性研究具有一定的指導(dǎo)意義。

3 討論

生物信息學(xué)是一門數(shù)學(xué)、統(tǒng)計、計算機和生物醫(yī)學(xué)交叉結(jié)合的新興學(xué)科，已經(jīng)廣泛的滲透到醫(yī)學(xué)的各個領(lǐng)域中，成為生物醫(yī)學(xué)發(fā)展不可缺少的重要工具。隨著人類基因組計劃的迅速發(fā)展，生物信息學(xué)技術(shù)在人類疾病和功能基因的發(fā)現(xiàn)和識別、基因和蛋白質(zhì)的表達(dá)與功能的研究方面都發(fā)揮著關(guān)鍵的作用，在對未知基因的功能預(yù)測和對已知基因的同源性分析具有科學(xué)快速的特征。當(dāng)然，生物信息學(xué)還處于一個不斷發(fā)展的過程中，各種軟件雖然有很強的綜合分析能力，但都存在一定的局限性，還有待于不斷地吸收更新的科研成果進(jìn)一步完善。生物信息學(xué)是在網(wǎng)絡(luò)與數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)上建立起來的，數(shù)據(jù)庫和檢索程序的準(zhǔn)確程度決定了網(wǎng)上實驗結(jié)果的可靠程度。生物信息學(xué)的研究結(jié)果還需要實驗數(shù)據(jù)加以證實。

應(yīng)用等電聚焦技術(shù)將日本血吸蟲可溶性蟲卵抗原(SEA)分為20個不同的等電點(PI)的組分(等電點范圍1.86～11.40)測定其各組分的體液與細(xì)胞免疫反應(yīng)及體外誘發(fā)肉芽腫形成反應(yīng)[12-13]。結(jié)果表明等電點酸性去恩德組分(PI3.78～5.54)在日本血吸蟲肉芽腫形成中可能起重要的作用。也有一些研究表明，抗體在感染早期(5WK)與肉芽腫的調(diào)節(jié)有關(guān)[14-18]。

本研究還將15種日本血吸蟲抗原基因編碼的蛋白質(zhì)進(jìn)行了親水性比較?？扇苄钥乖司哂忻黠@的抗感染免疫作用外尚具有抗病免疫作用。蛋白質(zhì)抗原涉及到抗原的一級結(jié)構(gòu)的AT/GC值、蛋白質(zhì)疏水性、等電點、蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)和三級結(jié)構(gòu)，而蛋白質(zhì)的親水性是蛋白質(zhì)抗原可溶性的主要影響因素。本研究對日本血吸蟲抗原基因編碼的蛋白質(zhì)進(jìn)行一級結(jié)構(gòu)的生物信息學(xué)的整理分類。對抗原的可溶性研究有一定的指導(dǎo)意義。

致謝：本文得到長江大學(xué)醫(yī)學(xué)院張愛華教授的悉心指導(dǎo)，在此深表謝意。

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2012-10-22

長江大學(xué)博士啟動基金(200364)；湖北省教育廳青年項目(Q200712005)；湖北省科技廳資助項目(2008CDB384)。

熊 濤(1974-)，男，湖北宜城人，博士，副教授，研究方向為生物醫(yī)學(xué)工程。

10.3969/j.issn.1673-1409(S).2012.12.006

Q811.4；Q959.155

A

1673-1409(2012)12-S016-03