熊 濤，張 楓，盧利莎，倪鳳娥

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

日本血吸蟲(chóng)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(zhǎng)江大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，湖北 荊州 434025)

應(yīng)用國(guó)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(chóng)(Schistosomasisjaponicum)抗原基因編碼的蛋白質(zhì)序列。結(jié)果表明，在15個(gè)日本血吸蟲(chóng)抗原基因編碼的蛋白中，等電點(diǎn)最高的是AF500622，最低的是AM26213；親水性最高的是AF370036，最低的是AF50062。對(duì)日本血吸蟲(chóng)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(chóng)(Schistosomasisjaponicum)；生物信息學(xué)；基因；序列分析

日本血吸蟲(chóng)(Schistosomasisjaponicum)是一種復(fù)雜的多細(xì)胞生物，近年來(lái)在我國(guó)局部地區(qū)對(duì)人類的健康造成了一定的威脅[1]。日本血吸蟲(chóng)病對(duì)宿主的最大危害是來(lái)自蟲(chóng)卵所致的肉芽病變。日本血吸蟲(chóng)成蟲(chóng)約24d開(kāi)始產(chǎn)卵，約4周時(shí)肝組織內(nèi)發(fā)現(xiàn)蟲(chóng)卵，5周尚未形成蟲(chóng)卵病變，至6周時(shí)發(fā)生嚴(yán)重病變時(shí)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(kù)、蛋白質(zhì)序列庫(kù)、蛋白質(zhì)和核酸結(jié)構(gòu)庫(kù)、以及各種基因組數(shù)據(jù)庫(kù)等都在急劇增加[3]。日本血吸蟲(chóng)抗原很復(fù)雜，它包含童蟲(chóng)、成蟲(chóng)和蟲(chóng)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(chóng)抗原分為膜抗原、蟲(chóng)卵可溶性抗原、微粒體抗原和循環(huán)體抗原4類，蟲(chóng)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(cè)試[4]，所以許多學(xué)者對(duì)抗原的可溶性進(jìn)行了研究。國(guó)內(nèi)外對(duì)日本血吸蟲(chóng)某種未知基因進(jìn)行生物信息學(xué)預(yù)測(cè)研究得比較多，如對(duì)日本血吸蟲(chóng)未知基因進(jìn)行BLAST比對(duì)，對(duì)其蛋白質(zhì)一級(jí)、二級(jí)、三級(jí)結(jié)構(gòu)進(jìn)行預(yù)測(cè)，但是對(duì)日本血吸蟲(chóng)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(jiàn)報(bào)道[5-8]。本研究利用生物信息學(xué)技術(shù)對(duì)在Genbank登錄的日本血吸蟲(chóng)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(chóng)抗原基因得到15個(gè)相關(guān)基因，再對(duì)基因進(jìn)行逐個(gè)檢索，得到抗原基因的基本屬性。利用DNAMAN軟件對(duì)15個(gè)日本血吸蟲(chóng)抗原基因編碼的蛋白逐個(gè)進(jìn)行等電點(diǎn)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(duì)日本血吸蟲(chóng)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(chóng)抗原基因的檢索

檢索得到了15個(gè)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(chóng)15個(gè)抗原基因等電點(diǎn)分析

抗原在溶液中的可溶性分為內(nèi)因和外因2個(gè)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(qiáng)度等。對(duì)日本血吸蟲(chóng)15個(gè)抗原基因編碼的蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)進(jìn)行整理分析發(fā)現(xiàn)，15個(gè)抗原等電點(diǎn)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(diǎn)最高的是AF502582，為9.46，最低的是M63706，為4.42，平均等電點(diǎn)為6.46。通過(guò)分析等電點(diǎn)可確定可溶性抗原提取過(guò)程中溶液配制中的pH大小。

2.3 日本血吸蟲(chóng)15個(gè)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(jí)結(jié)構(gòu)的AT/GC值、蛋白質(zhì)疏水性、等電點(diǎn)、蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)和三級(jí)結(jié)構(gòu)。通過(guò)測(cè)定發(fā)現(xiàn)，日本血吸蟲(chóng)15個(gè)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(duì)較低的親水位置和親水值分別是25和1.16(AF500622)。此結(jié)果對(duì)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(mén)數(shù)學(xué)、統(tǒng)計(jì)、計(jì)算機(jī)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(gè)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(jì)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(shí)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(duì)未知基因的功能預(yù)測(cè)和對(duì)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(gè)不斷發(fā)展的過(guò)程中，各種軟件雖然有很強(qiáng)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(kù)的基礎(chǔ)上建立起來(lái)的，數(shù)據(jù)庫(kù)和檢索程序的準(zhǔn)確程度決定了網(wǎng)上實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可靠程度。生物信息學(xué)的研究結(jié)果還需要實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)加以證實(shí)。

應(yīng)用等電聚焦技術(shù)將日本血吸蟲(chóng)可溶性蟲(chóng)卵抗原(SEA)分為20個(gè)不同的等電點(diǎn)(PI)的組分(等電點(diǎn)范圍1.86～11.40)測(cè)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(diǎn)酸性去恩德組分(PI3.78～5.54)在日本血吸蟲(chóng)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(chóng)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(jí)結(jié)構(gòu)的AT/GC值、蛋白質(zhì)疏水性、等電點(diǎn)、蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)和三級(jí)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(duì)日本血吸蟲(chóng)抗原基因編碼的蛋白質(zhì)進(jìn)行一級(jí)結(jié)構(gòu)的生物信息學(xué)的整理分類。對(duì)抗原的可溶性研究有一定的指導(dǎo)意義。

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

[1]吳忠道，余新炳，鄭亦男，等．日本血吸蟲(chóng)(中國(guó)大陸株)表達(dá)基因的分離和EST序列測(cè)定[J]．中國(guó)人獸共患病雜志，2000，16(1)：3-5．

[2]包俊英，李暉婷，吳忠道，等．日本血吸蟲(chóng)基因表達(dá)序列標(biāo)簽的獲得和分析[J]．地方病通報(bào)，2001，16(1)：7-12．

[3]李軍濤，陳守義，余新炳．生物信息學(xué)技術(shù)在瘧原蟲(chóng)基因組研究中的應(yīng)用[J]．中國(guó)寄生蟲(chóng)學(xué)與寄生蟲(chóng)病雜志，2002，6(3)：242-244．

[4]汪世平，管曉虹，曾憲芳，等．日本血吸蟲(chóng)未成熟卵可容性抗原的初步分析[J]．中國(guó)人獸共患病雜志，1995，11(4)：35-40．

[5]Adams M D,Kelley J M,Gocayne J D,et al.Complementary DNA sequencing: expressed sequence tages and human genome project [J].Science,1991,252: 1651-1656.

[6]周曉紅，陳曉紅，李 華，等．日本血吸蟲(chóng)及蟲(chóng)卵的可溶性抗原的早期診斷分子篩選[J]．地方病通報(bào)，2000，7(1)：24-29．

[7]李官成，朱建高，童永清，等．大腸癌相關(guān)抗原基因CRC-L-10的生物信息學(xué)分析[J]．中國(guó)人獸共患病雜志，2006，8(7)：894-898．

[8]Mountford A P,Harrop R.Vaccination against schistosomiasis: The case for lung-stage antigens [J].Parasitology Today,1998,14: 109-114.

[9]于 力，王書(shū)紅，盧學(xué)春，等．生物信息學(xué)研究新基因LRP15[J]．生物技術(shù)學(xué)通報(bào)，2002，13(3)：187-191．

[10]趙善榮，林茂偉，陳凱先．生物信息學(xué)在藥物設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J]．生物信息學(xué)在醫(yī)藥設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，2003，7(5)：65-70．

[11]童永清，李官成．鼻咽癌相關(guān)抗原基因NPC-A-6的生物信息學(xué)分析[J]．醫(yī)學(xué)臨床研究，2004，8(4)：32-36．

[12]Jenison A V,Racib R,Verma N K.Immunoproteome analysis of soluble and membrane proteins of shigella bexneri 2457T [J].World J Gaxioimerol,2006,12: 6683-6688.

[13]Lan P,Yan L A,Xiao L J.Induction of islet transplantation tolerance with anti-CD4,anti-CD8 immunotoxins and donor soluble antigen [J].Chinese Medical Journal,1999,112: 1109-1111.

[14]Zhu J G,Hua X G,Cui Li.Studies on DNA Vaccine of the conservative Region of Gene Encoding the Male-Specific Gynecophoral Canal Protein ofSchistosomajaponicum(Chinese strain) [J].Journal of Shanghai Jiaotong Univesity (Science),2005,233: 81-85.

[15]Wang M,Yi X Y,Zeng X F.Selection of the Mimic Epitopes of Antigens fromSchistosomajaponicumby Using Phage Display Techniques[J].J Microbiol Immunol,2003,265: 91-94.

[16]Tang L F,Yi X Y,Zeng X F.Schistosomajaponicum:Isolation and Identification of Peptides Mimicking Ferritin Epitopes from Phage Display Library [J].Acta Biochimica et Biophysica,2004,36: 206-210.

[17]Li G F,Wang Y,Zhang Z S.Identification of Immunodominant Th1-type T cell epitopes fromSchistosomajaponicum28 Kda Glutathione-s-transferase,a Vaccine Candidate [J].Acta Biochimica et Biophysica Sinica,2005,37: 751-758.

[18]Zhu X,Zhang Z S,Ji M J,et al.Cercariae ofSchistosomajaponicumReveals Molecules Contributing to Elevated IFN-R Levels [J].Acta Biochimica et Biophysica Sinica,2005,37: 254-264.

2012-10-22

長(zhǎng)江大學(xué)博士啟動(dòng)基金(200364)；湖北省教育廳青年項(xiàng)目(Q200712005)；湖北省科技廳資助項(xiàng)目(2008CDB384)。

熊 濤(1974-)，男，湖北宜城人，博士，副教授，研究方向?yàn)樯镝t(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