腾冲嗜热厌氧杆菌ahpC编码基因的克隆表达及生物信息学分析

收稿日期:２０１８－０６－２１ꎻ修回日期:２０１８－０８－１３基金项目:国家自然科学基金(３１５０００６７ꎬ３１５６０７００)ꎻ兰州市科技创新项目(Ｎｏ进行了广泛而深入的探究ꎬ所涉及的方面包括嗜热菌的细胞膜的结构和流动性以适应高温[３－５]、蛋白质的热稳定性以及蛋白质对高温的适应[６－９]、酶的结构和功能及金属离子的保护作用等[１０]ꎮ此外ꎬ截至２０１７年超过８０株嗜热微生物的全基因组序列被发布ꎬ通过比较嗜热菌和常温细菌的生物学信息ꎬ分析嗜热机制也是一个研究方向ꎬ包括基因组的ＧＣ含量[１１]ꎻ氨基酸的组成和使用频率[１２－１３]等ꎮ虽然嗜热菌单一因素的嗜热机制被广泛研究ꎬ但由于细菌的生命活动在很大程度上是一个很复杂的分子网络ꎬ因此对嗜热微生物嗜热机制进行更广泛和深入地分析不仅有助于我们对原始地球环境的理解以及生物进化机制的研究ꎬ而且还能促进一些耐热蛋白、耐热酶等活性物质在工业、农业和医药等领域的应用ꎮＡｈｐＣ是一种硫氧还原蛋白依赖的烷基过氧化氢还原酶ꎬ能够还原有毒的氢化氧化物[１４]ꎮＡｈｐＣ是细菌清除自由基的一种主要成分ꎬ如果烷基过氧化氢还原酶基因功能缺陷就会导致包括形态学和细胞表面性质在内的表型改变[１５]ꎮＡｈｐＣ可以催化减少过氧化氢和过氧化物ꎬ参与到冷压力或热压力反应过程中[１６]ꎮ依据测序完成的基因组数据和已发现ＡｈｐＣ家族的其他生物学信息ꎬ腾冲嗜热厌氧菌基因ｔｔｅ０２７０被注释为ａｈｐＣ的一种ꎮ我们通过使用腾冲嗜热厌氧基因组作为模板克隆ａｈｐＣ并体外表达ＡｈｐＣꎬ希望使用生物信息学手段来分析ＡｈｐＣ在腾冲嗜热厌氧杆菌嗜热性中发挥的作用ꎬ希望为日后研究腾冲嗜热菌的嗜热机制提供重要的信息ꎬ为嗜热机制的阐明奠定良好的工作基础ꎮ１材料与方法１析腾冲嗜热厌氧杆菌ＡｈｐＣ蛋白信号肽ꎻ使用在线软件ＳＷＩＳＳ￣ＭＯＤＥＬ/ＳＷＩＳＳ￣ＰｄｂＶｉｅｗ等ꎬ按照同源建模法构建出腾冲嗜热菌、大肠杆菌和李氏杆菌菌株ＡｈｐＣ蛋白的三级结构ꎮ２结果与分析２表１ａｈｐＣ在腾冲嗜热菌、大肠杆菌以及李氏杆菌所编码氨基酸的基本理化性质Ｔａｂｌｅ１ＴｈｅｂａｓｉｃｐｈｙｓｉｃａｌａｎｄｃｈｅｍｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｔｈｅａｍｉｎｏａｃｉｄｓｅｎｃｏｄｅｄｂｙａｈｐＣｉｎＴｈｅｒｍｏａｎａｅｒｏｂａｃｔｅｒｔｅｎｇｃｏｎｇｅｎｓｉｓꎬＥｓｃｈｅｒｉｃｈｉａｃｏｌｉａｎｄＬｉｓｔｅｒｉａｍｏｎｏｃｙｔｏｇｅｎｅｓ菌株(Ｓｔｒａｉｎ)/理化性质(Ｐｈｙｓｉｃａｌａｎｄｃｈｅｍｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ)腾冲嗜热厌氧杆菌Ｔｈｅｒｍｏａｎａｅｒｏｂａｃｔｅｒｔｅｎｇｃｏｎｇｅｎｓｉｓ大肠杆菌Ｅｓｃｈｅｒｉｃｈｉａｃｏｌｉｓｔｒ.Ｋ￣１２ｓｕｂｓｔｒ单核细胞增生李斯特菌Ｌｉｓｔｅｒｉａｍｏｎｏｃｙｔｏｇｅｎｅｓ核苷酸数６６３５６４５６４氨基酸数２２０１８７１８７ＧＣ含量％４１腾冲嗜热菌ＡｈｐＣ不存在跨膜区域ꎬ说明该蛋白可能是非表面结构蛋白ꎬ也不存在信号肽ꎬ表明ＡｈｐＣ为非分泌蛋白ꎮ蛋白质的二级结构作为一级结构和三级结构之间的枢纽ꎬ是预测蛋白质三级结构的关键点ꎬ经过预测腾冲嗜热菌ＡｈｐＣ属于混合型蛋白[２４]ꎮ较多的α－螺旋氨基酸残基的存在有利于蛋白结构的稳定[２５]ꎬ并且α－螺旋结构的形成会使蛋白分子表面ｌｏｏｐ结构长度缩短ꎬ有利于提高蛋白分子的热稳定性[２６]ꎬ而α－螺旋在腾冲嗜热菌ＡｈｐＣ中含量高于大肠杆菌和李氏杆菌ꎮ对腾冲嗜热菌、大肠杆菌和李氏杆菌的三级结构预测ꎬ发现腾冲嗜热菌的ＡｈｐＣ蛋白三级结构明显比另外两种菌株更紧凑ꎬ这有利于蛋白质分子的稳定ꎮ本研究发现腾冲嗜热菌ａｈｐＣ表达量与温度呈正相关ꎬ并进一步利用生物信息学分析了ＡｈｐＣ蛋白热稳定性高于大肠杆菌和李氏杆菌的ＡｈｐＣ蛋白的原因ꎮ腾冲嗜热厌氧杆菌中ＡｈｐＣ的存在明显增强了其环境适应性ꎮ本研究为未来腾冲嗜热菌的嗜热机制的阐明提供重要的信息ꎬ为嗜热机制的研究奠定了良好的工作基础ꎮ参考文献[１]ＸＵＥＹꎬＸＵＹꎬＬＩＵＹꎬｅｔａｌ.Ｔｈｅｒｍｏａｎａｅｒｏｂａｃｔｅｒｔｅｎｇｃｏｎｇｅｎｓｉｓｓｐｎｏｖ.ａｎｏｖｅｌａｎａｅｒｏｂｉｃꎬｓａｃｃｈａｒｏｌｙｔｉｃꎬｔｈｅｒｍｏｐｈｉｌｉｃｂａｃｔｅｒｉｕｍｉｓｏｌａｔｅｄｆｒｏｍａｈｏｔｓｐｒｉｎｇｉｎＴｅｎｇｃｏｎｇꎬＣｈｉｎａ[Ｊ].ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｙｓｔｅｍａｔｉｃａｎｄＥｖｏｌｕｔｉｏｎａｒｙＭｉｃｒｏｂｉｏｌｏｇｙꎬ２００１ꎬ５１(４):１３３５－１３４１.[２]ＢＡＯＱꎬＴＩＡＮＹꎬＬＩＷꎬｅｔａｌ.ＡｃｏｍｐｌｅｔｅｓｅｑｕｅｎｃｅｏｆｔｈｅＴ.ｔｅｎｇ￣ｃｏｎｇｅｎｓｉｓｇｅｎｏｍｅ[Ｊ].ＧｅｎｏｍｅＲｅｓｅａｒｃｈꎬ２００２ꎬ１２(５):６８９－７００.[３]ＫＡＴＥＳＭ.Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌａｎ