日本血吸蟲可溶性抗原基因的生物信息學分析

熊 濤，張 楓，盧利莎，倪鳳娥

(長江大學生命科學學院，湖北 荊州 434025)

日本血吸蟲可溶性抗原基因的生物信息學分析

熊 濤，張 楓，盧利莎，倪鳳娥

(長江大學生命科學學院，湖北 荊州 434025)

應用國際互聯網生物信息學網站，分析整理了日本血吸蟲(Schistosomasisjaponicum)抗原基因編碼的蛋白質序列。結果表明，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進行生物信息學的整理分類，為進行抗原提取和可溶性研究奠定了基礎。

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

日本血吸蟲(Schistosomasisjaponicum)是一種復雜的多細胞生物，近年來在我國局部地區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開始產卵，約4周時肝組織內發現蟲卵，5周尚未形成蟲卵病變，至6周時發生嚴重病變時即進行診斷[2]。隨著生物技術和互聯網的發展，積累了大量的生物數據和信息，每年核酸序列庫、蛋白質序列庫、蛋白質和核酸結構庫、以及各種基因組數據庫等都在急劇增加[3]。日本血吸蟲抗原很復雜，它包含童蟲、成蟲和蟲卵等的分泌物、排泄物和裂解產物，能夠引起宿主免疫應答的物質統稱為抗原物質；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]，所以許多學者對抗原的可溶性進行了研究。國內外對日本血吸蟲某種未知基因進行生物信息學預測研究得比較多，如對日本血吸蟲未知基因進行BLAST比對，對其蛋白質一級、二級、三級結構進行預測，但是對日本血吸蟲抗原基因按可溶性的某些指標進行的分類整理還未見報道[5-8]。本研究利用生物信息學技術對在Genbank登錄的日本血吸蟲抗原基因編碼的蛋白質進行了整理、分類。

1 材料與方法

利用網站http://www.ncbi.nlm.nih.gov中的entrez進行檢索日本血吸蟲抗原基因得到15個相關基因，再對基因進行逐個檢索，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行等電點分析，并按一定的順序進行整理。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行親水性分析[9-11]。

2 結果與分析

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，并得到了相關的基因序列、編碼蛋白質區域的介紹。

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因和外因2個部分，所謂外因就是溶液的基本性質，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的等電點進行整理分析發現，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

影響蛋白質抗原可溶性的內因涉及到抗原的一級結構的AT/GC值、蛋白質疏水性、等電點、蛋白質的二級結構和三級結構。通過測定發現，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)。此結果對人們進行抗原的可溶性研究具有一定的指導意義。

3 討論

生物信息學是一門數學、統計、計算機和生物醫學交叉結合的新興學科，已經廣泛的滲透到醫學的各個領域中，成為生物醫學發展不可缺少的重要工具。隨著人類基因組計劃的迅速發展，生物信息學技術在人類疾病和功能基因的發現和識別、基因和蛋白質的表達與功能的研究方面都發揮著關鍵的作用，在對未知基因的功能預測和對已知基因的同源性分析具有科學快速的特征。當然，生物信息學還處于一個不斷發展的過程中，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一步完善。生物信息學是在網絡與數據庫的基礎上建立起來的，數據庫和檢索程序的準確程度決定了網上實驗結果的可靠程度。生物信息學的研究結果還需要實驗數據加以證實。

應用等電聚焦技術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胞免疫反應及體外誘發肉芽腫形成反應[12-13]。結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)與肉芽腫的調節有關[14-18]。

本研究還將15種日本血吸蟲抗原基因編碼的蛋白質進行了親水性比較。可溶性抗原除了具有明顯的抗感染免疫作用外尚具有抗病免疫作用。蛋白質抗原涉及到抗原的一級結構的AT/GC值、蛋白質疏水性、等電點、蛋白質的二級結構和三級結構，而蛋白質的親水性是蛋白質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進行一級結構的生物信息學的整理分類。對抗原的可溶性研究有一定的指導意義。

致謝：本文得到長江大學醫學院張愛華教授的悉心指導，在此深表謝意。

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

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

[3]李軍濤，陳守義，余新炳．生物信息學技術在瘧原蟲基因組研究中的應用[J]．中國寄生蟲學與寄生蟲病雜志，2002，6(3)：242-244．

[4]汪世平，管曉虹，曾憲芳，等．日本血吸蟲未成熟卵可容性抗原的初步分析[J]．中國人獸共患病雜志，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．日本血吸蟲及蟲卵的可溶性抗原的早期診斷分子篩選[J]．地方病通報，2000，7(1)：24-29．

[7]李官成，朱建高，童永清，等．大腸癌相關抗原基因CRC-L-10的生物信息學分析[J]．中國人獸共患病雜志，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，王書紅，盧學春，等．生物信息學研究新基因LRP15[J]．生物技術學通報，2002，13(3)：187-191．

[10]趙善榮，林茂偉，陳凱先．生物信息學在藥物設計中的應用[J]．生物信息學在醫藥設計中的應用，2003，7(5)：65-70．

[11]童永清，李官成．鼻咽癌相關抗原基因NPC-A-6的生物信息學分析[J]．醫學臨床研究，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

長江大學博士啟動基金(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，研究方向為生物醫學工程。

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

Q811.4；Q959.155

A

1673-1409(2012)12-S016-03