结核分枝杆菌Rv22的生物信息学分析

蔡丽娜 付陈增 尚伟

摘 要： 结核病是危害人类健康的主要传染病之一，寻找新的抗结核药物靶点亟待解决。本文Rv2032蛋白进行了生物信息学分析，结果显示该蛋白含有NADPH硝基还原酶功能结构域，参与细菌叶酸的合成，从而参与细菌相关蛋白质的合成代谢过程，对该蛋白的进一步研究，将为构建新的抗结核药物靶点提供理论依据。

关键词：结核分枝杆菌 Rv2032 生物信息学

中图分类号：R394.3 文献标识码：A 文章编号：1003-9082（2016）07-0187-01

结核病（Tuberculosis， TB）是危害人类健康的主要传染病之一，结核分枝杆菌（Mycobacterium tuberculosis）是引起结核病的病原体[1]。结核分枝杆菌（Mycobacterium tuberculosis） H37Rv菌株基因组测序工作的完成为加深理解这种病原菌的生物学特性以及研发新的抗结核药物提供了基础。结核分枝杆菌的细胞壁是其赖以生存的重要屏障，聚阿拉伯糖半乳糖（Arabinogalactan， AG）是细胞壁的重要组成成分，其合成代谢关键酶可以作为研发抗结核药物的靶标[2]。

无致病性的耻垢分枝杆菌与结核分枝杆菌同属分枝杆菌，二者具有相似的细胞壁结构。我们将耻垢分枝杆菌聚阿拉伯糖水解酶的氨基酸序列与结核分枝杆菌基因组数据库进BLAST分析，在结核分枝杆菌中未知功能的蛋白质Rv2032与耻垢分枝杆菌聚阿拉伯糖水解酶有50%同源性，预测Rv2032蛋白具有聚阿拉伯糖水解酶的功能[3]。本文通过采用生物信息学分析软件，对Rv2032的基因结构和蛋白质功能域进行分析，为后续的科研工作提供必要的数据支持[4]。

一、材料与方法

1.Rv2032基因结构氨基酸序列及理化性质分析

采用PredictProtein （http：//www.predictprotein.org/）和ProtParam （http：//web.expasy.org/protparam/）两种分析软件对Rv2032的氨基酸序列及理化性质进行分析。

2.Rv2032蛋白质酶切位点及信号肽位点分析

为了对Rv2032进行亚细胞定位，分别采用TargetP（http：//www.cbs.dtu.dk/services/TargetP/），TMHMM（http：//www.cbs.dtu.dk/services/TMHMM-2.0/） and SignalP（http：//www.cbs.dtu.dk/services/SignalP/） 对其跨膜区域和信号肽位点进行预测分析。

3.Rv2032蛋白质的同源序列、二级结构及功能域分析

Rv2032蛋白质与聚阿拉伯糖水解酶存在同源序列，对其同源序列和结构功能域进行分析，分别采用PredictProtein，SOSUI（http：//bp.nuap.nagoya-u.ac.jp/sosui/）， COILS（http：//embnet.vital-it.ch/software/COILS_form.html）， SOPMA（http：//npsa-pbil.ibcp.fr/） and ModBase software （http：//modbase.compbio.ucsf.edu/）软件进行分析预测。

二、结果与分析

生物信息学软件分析结果显示，Rv2032蛋白质含有331个氨基酸，分子量大小为36.6kD，等电点在5.28。二级结构分析显示，α螺旋和无规则卷曲为该蛋白主要二级结构元件，其中α螺旋35%，无规则卷曲则占到55%，β折叠含量为9.82%，其中暴露在外的亲水性氨基酸占48.64%。该蛋白在近N端含有一个信号肽序列，长度为18个氨基酸。功能域分析显示，Rv2032为胞内可溶性蛋白质，预测为NADPH硝基还原酶，在第28-32氨基酸和316氨基酸位置有两个黄素单核苷酸（FMN）的结合位点。

三、讨论

经分析，Rv2032蛋白质为胞内可溶性蛋白质，含有大量无规则卷曲结构，并且含有一个信号肽。功能域预测显示，该蛋白为NADPH硝基还原酶家族成员，含有两个FMN结合位点，参与硝基芳香族化合物的代谢反应。

基因组学研究已经确定了在微生物中有一类酶叫硝基还原酶家族，这一家族的成员利用FMN作为辅助因子，催化一系列的硝基芳香族化合物的还原反应，反应是以NADH或NADPH作为还原剂的电子转移过程，通过还原对氨基苯甲酸（p-Aminobenzoic acid，PABA）来影响细菌叶酸的合成，从而参与结核分枝杆菌的代谢过程。Rv2032蛋白预测为NADPH硝基还原酶，其合成受阻将会影响细菌叶酸的合成，造成结核分枝杆菌蛋白质合成受阻，使细菌不能繁殖[5]。而基因组数据库BLAST比对分析显示，该蛋白与耻垢分枝杆菌聚阿拉伯糖水解酶有较高的同源性，推测该蛋白参与细菌细胞壁聚阿拉伯糖相关代谢蛋白的合成，但还需要进一步的实验进行鉴定。对Rv2032蛋白质的研究，为寻找新的抗结核分枝杆菌药物靶点提供了理论依据和物质基础。

参考文献

[1]丁海榕，秦川，占玲俊.部分抗结核分枝杆菌药物的耐药机理研究进展[J]， 中国防痨杂志2013（8）.

[2]陈淑丹， 赖煦卉.结核杆菌细胞壁相关潜在药物靶标的生物信息学分析[J].第四军医大学学报，2008（22）

[3]关艳，杨延辉.以耻垢分枝杆菌为模式菌快速筛选新型抗结核药物[J].中国新药杂志，2014（10）.

[4]徐建华，朱家勇.生物信息学在蛋白质结构与功能预测中的应用[J]. 医学分子生物学杂志. 2005（03）

[5]丁朋举，分枝杆菌系统进化及其硝基还原酶基因克隆表达，河南工业大学，2013

作者简介：蔡丽娜，女，（1988-），硕士研究生，毕业于大连医科大学生物化学与分子生物学专业，现于漯河医学高等专科学校工作。

付陈增，女，（1989-），河南漯河人，研究生毕业于南开大学，现于漯河医学高等专科学校工作。