变形链球菌Bsp蛋白结构域研究进展

李振玲等

【摘要】蛋白结构域是指蛋白质亚基结构中明显分开的紧密球状结构区域。Bsp蛋白结构域基因编码的是一种65kDa的蛋白，含有N-末端，是GBS中的控制细胞形态的蛋白。不同细菌中存在类似于Bsp的蛋白结构域。

【关键词】结构域；Bsp；Smb；CWB

【中图分类号】Q518. 2 【文献标识码】B【文章编号】1004-4949（2014）01-0334-01

1蛋白结构域概述

结构域（Structural Domain）是介于二级和三级结构之间的另一种结构层次。所谓结构域是指蛋白质亚基结构中明显分开的紧密球状结构区域，又称为辖区。多肽链首先是在某些区域相邻的氨基酸残基形成有规则的二级结构，然后，又由相邻的二级结构片段集装在一起形成超二级结构，在此基础上多肽链折叠成近似于球状的三级结构。对于较大的蛋白质分子或亚基，多肽链往往由两个或多个在空间上可明显区分的、相对独立的区域性结构缔合而成三级结构，这种相对独立的区域性结构就称为结构域。对于较小的蛋白质分子或亚基来说，结构域和它的三级结构往往是一个意思，也就是说这些蛋白质或亚基是单结构域。结构域自身是紧密装配的，但结构域与结构域之间关系松懈。结构域与结构域之间常常有一段长短不等的肽链相连，形成所谓铰链区。不同蛋白质分子中结构域的数目不同，同一蛋白质分子中的几个结构域彼此相似或很不相同。

2 变性链球菌的概述

2.1 变形链球菌的致龋性

变形链球菌群[8][9]是存在于口腔中的正常菌群， 是革兰阳性菌，在微需氧环境中生长最好，能利用蔗糖产生细胞外多糖， 借此附着于牙面。变形链球菌能以蔗糖为底物合成胞外葡聚糖、果聚糖及胞内多糖。葡聚糖介导细菌的黏附，促进菌斑的形成，是变链球菌重要的致龋毒力因子。该菌合成的水溶性葡聚糖、果聚糖、胞内多糖还可作为代谢底物提供能量，增强致龋力。变形链球菌表面蛋白和脂磷壁酸是菌体表面粘结素，它们与获得性膜中的不同受体结合，促进该菌黏附和菌斑的形成。牙菌斑的致龋作用可以概括为菌斑中细菌代谢碳水化合物产物，由于菌斑基质的屏障作用，这些酸不易扩散，使局部PH下降，从而造成牙体硬组织脱矿，最终形成龋齿。变形链球菌的主要致龋作用是： 黏附、产酸和耐酸。

2.2变形链球菌的黏附性

牙菌斑生物膜是龋病的始动因子。它作为典型的细菌性生物膜 ， 由链球菌属、乳杆菌属及其他菌属微生物细胞和细胞外多糖基质组成。各种细菌存在于宿主和细菌胞外多聚物基质包绕的结构中 ， 相互黏附或附着、定植于牙表面及界面。 牙菌斑生物膜成为菌群赖以生存及细胞间信号交流的场所。黏附[10]是微生物在特定的组织表面定植的首要条件，是微生物与宿主发生关系和致病的基础。口腔细菌在牙面的选择性定居，主要是其表面黏结素与牙面受體分子特异性结合的结果。黏结素通常是指细菌表面某种特定的蛋白质结构或糖脂成分，可存在于细菌细胞壁、外膜蛋白、鞭毛、菌毛和微毛等结构中，在黏附中充当配体角色。受体则是存在于唾液中的一种能够识别和选择性结合特定配体的大分子物质，多为糖蛋白。黏结素-受体介导的特异性黏附在细菌生物膜形成中起着决定性的作用。当受体与配体结合后，受体的构象改变并产生活性，启动一系列信号传导过程，最终表现为生物学效应。

2.3变形链球菌的产酸性

变形链球菌是口腔龋病的主要致龋菌，变形链球菌可以蔗糖、葡萄糖等糖类为原料，通过物质代谢，产酸，使口腔环境的PH值降低，进一步导致牙齿硬组织脱矿，进而引起龋病的发生。产酸力的强弱为变形链球菌致龋的重要毒力特征。大量研究证实，牙菌斑产酸活性与龋病发病密切相关，消除这种因素则能控制龋病。

2.4变形链球菌的耐酸性

变形链球菌在人类口腔中占有重要的生态地位。它既是牙菌斑生物膜的重要组分，也是公认的主要致龋菌。在S.mutans[11] 的致龋毒力中，耐酸性是其中一个关键因素。耐酸性是指细菌在酸性环境中生长和代谢碳水化合物产酸的能力，其包括两个方面：基本耐酸和耐酸反应（ATR）。基本耐酸与ATP酶的活性和最适pH 值有关；耐酸反应是指对数期生长的S.mutans 在亚致死性的低pH 值生长后，可抵抗致死性酸化的杀伤，产生适应性耐酸的能力。耐酸性也与细菌的耐酸基因相关，耐酸基因的宏观调控，是的细菌可以在低PH条件下，正常生存代谢产酸。

3 Bsp蛋白结构域的研究

3.1 无乳链球菌中的Bsp蛋白结构域

GBS-Bsp-like Repeat 是大量链球菌蛋白的一种重复，包括一些假定蛋白和Bsp。Bsp是无乳链球菌（GBS）中的一种控制细胞形态的蛋白。德国乌尔姆大学Reinscheid DJ[1]等人发现在无乳链球菌中存在Bsp。无乳链球菌有囊壁包绕，研究发现在GBS上清中，存在一种65kDa的蛋白，含有N-末端，分离相应基因，称为bsp。Bsp在GBS菌中广泛存在。R，einscheid DJ[1]等人利用Bsp基因的删除和过表达后，PCR扩增导入GBS中，通过电镜观察细胞形态，发现过表达的的Bsp导致无乳链球菌成透镜形态，这表明Bsp与细胞的形态学有关。文献中提到GBS又称为无乳链球菌，定植于呼吸道、胃肠消化道、泌尿生殖系统。同时GBS引起细菌的败血症，新生儿脑膜炎，对分娩的孕妇构成极大地威胁。过去十年里GBS发病率上升，但对其细胞外蛋白和肽聚糖代谢知之甚少。文中提到Bsp蛋白的功能分析和血清学检测，发现Bsp不是一种溶菌酶，对细胞壁蛋白不具有溶菌作用。为了研究不同血清型的变形链球菌中Bsp的分布，纯化融合蛋白得到抗Bsp抗体。抗Bsp抗体检测到Bsp为65kDa，表明在无乳链球菌中Bsp的高分布和高表达。

3.2 GS-5中的GBS-Bsp-like蛋白结构域Smb

变形链球菌GS-5也存在GBS-Bsp-like蛋白结构域，称之为Smb。变形链球菌GS-5是一种血清型C。在GS-5[2][3]中Smb是一种一类细菌素，依赖于CSP诱导群体感应。2005年纽约州立大学口腔生物学院的Hideo Yonezawa[2]等人对GS-5中的Smb做了相关的遗传分析。Smb在变形链球菌GS-5中存在七种血清型。它们分别是smbM1， smbT， smbF， smbM2，smbG， smbA， smbB。实验通过在基因的不同位点插入分类灭活不同血清型，然后在含四环素的培养皿中培养，通过细菌素板化实验发现它们是一类细菌素。灭活的smbM1，smbA， smbB减弱了生长因子RP66的抑制作用。成熟的Smb包含了30个氨基酸的smbA和32个氨基酸的smbB。成熟的smbA类似于乳链球菌中的A2，smbB类似于嗜盐芽孢杆菌和乳酸菌中的细菌素多肽。同时研究表明Smb的表达受能力刺激肽（CCP）的影响和控制。

3.3 变形链球菌中CWB结构域

R.E. Eaton[4]等人对变形链球菌中能力诱导基因缺失的过表达引起转化缺陷中提到在变形链球菌和血性链球菌中存在一种类似于CWB结构域的GBS-Bsp-like，因此CWB结构域类似于Bsp包含有CWB假定蛋白结构域和SH3片段。尽管变形链球菌的GBS-Bps-like Repeat与肺炎链球菌中的CWB不同，但是GBS-Bps-like Repeat包含了带电芳香基残基，表明与细胞壁的碳水化合物之间的存在交流。Se′verine Laye[6]等人提到厚壁细胞壁的肽聚糖水解酶参与细胞子代分离，而细胞分离PGHs具有种特异性，PGHs已证明是重要因素，使LysM和GBS Bsp-like等驱动蛋白在一个特定的位置上。

Hiroki Yamamoto，Junichi Sekiguchi[7]等人发现枯草芽孢杆菌中的LytF和LytC蛋白包含有两个蛋白结构域，一个是N-末端的CWB蛋白结构域，另一个是C-末端的催化结构域。CWB有人工蛋白CWBB-LipB and CWBB-CutL锚定点，它们具有酶的活性和CWB活性。

3.4 猪链球菌2 型株[5]中的ORF中存在GBS-Bsp-like蛋白结构域

顾宏伟[5]猪链球菌2 型（SS2）P1/7 株的自溶素的DNA 为模板，扩增自溶素ORF 完整的编码基因，软件分析结果显示，其分子量为113kDa，其等电点为7.27。该基因蛋白结构含有6 个重复的“GBS_Bsp-like”域和1 个“N-乙酰胞壁酰-L-丙氨酸酰胺酶”域，与SS2 欧洲株有较高同源性（99.8%），但是6 次重复的“GBS_Bsp-like”域的功能目前尚不清楚。

4研究的局限和存在的问题

国内外对于GBS-Bsp-like蛋白结构域研究甚少，并且在变形链球菌UA159中未见到相关方面的研究。因此在变形链球菌UA159中GBS-Bsp-like蛋白结构域还是个未知因素，通过变形链球菌GS-5全基因组中进行BLAST比对中基因未命名，同时蛋白表达也只是猜测它是40 kDa cell wall protein precursor。因此对于这个基因的功能及其作用都有待进一步研究，有诸多问题亟待解决，例如变形链球菌UA159是否存在GBS-Bsp-like蛋白结构域，存在多少，其表达的蛋白有什么功能；变形链球菌UA159F-R中GBS-Bsp-like蛋白结构域，是否存在改变，对细菌的产酸性和耐酸性是否有影响，影响是什么......

5应用前景展望

如果变形链球菌其它菌中也存在GBS-Bsp-like蛋白结构域，而它也控制着细菌细胞壁的形态学。我们就可以通过利用这个基因诱导突变或者使基因沉默等基因和分子生物学方法，使细菌细胞壁发生改变，如抵御外界侵入性减低或者粘附性降低，从而是这些致龋菌的致病性降低，从而降低患龋率，推动医学进步。

随着基因工程学和分子生物学的不断发展和进步，人们对GBS-Bsp-like蛋白结构域的不断研究和系统认识的不断深化，这些难题和疑问终将得到合理科学的解释。

参考文献

[1] Reinscheid DJ， et al.Influence of proteins Bsp and FemH on cell shape and peptidoglycan composition in group B streptococcus.Microbiology（2002）， 148， 3245–3254.

[2] Hideo Yonezawa and Howard K. Kuramitsu.Genetic Analysis of a Unique Bacteriocin， Smb， Produced by Streptococcus mutans GS5.ANTIMICROBIAL AGENTS AND CHEMOTHERAPY， Feb. 2005， p. 541–548.

[3] Saswati Biswas and Indranil Biswas.Complete Genome Sequence of Streptococcus mutans GS-5， a Serotype c Strain.journals ASM.org.

[4] R.E.Eatonand N.A.Jacques.Deletion of competence-induced genes overexpressedin biofilms caused transformation Deficiencies in Streptococcus mutans.Molecular Oral Microbiology 25 （2010） 406–417.

[5] Hongwei Gu， Chengping Lu .Identification and characterization of a novel infection-related factor （cell wall hydrolase/autolysin） of Streptococcus suis serotype 2 .Acta Microbiologica Sinica 48（1）：68～72； 4 January 2008.

[6] Se′verine Layec.Diversity of Firmicutes peptidoglycan hydrolases and specificities of those involved in daughter cell separation.Research in Microbiology 159 （2008） 507-515.

[7]Hiroki Yamamoto，Junichi Sekiguchi.Localization of the Vegetative Cell Wall Hydrolases LytC， LytE， and LytF on the Bacillus subtilis Cell Surface and Stability of These Enzymes to Cell Wall-Bound orExtracellular Proteases.J. Bacteriol. 2003， 185（22）：6666

[8]王金華，林居红.变形链球菌的致龋性及鉴别的研究进展.口腔医学.2004.24（4）：247-249

[9]于丹妮，陆大卫.口腔变形链球菌的研究进展.天津大学学报.2001.7（3）：461-463

[10]杨隆强，周乔.变形链球菌黏附机制的研究进展.国际口腔医学杂志.2011.38（2）：229-233

[11]姜葳，梁景平.变形链球菌耐酸反应机制的研究进展.国际口腔医学杂志.2007.34（1）：4-6