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结核病(Tuberculosis,TB)是由结核分枝杆菌感染引起的慢性传染病,是当今世界由单一致病菌感染引起的死亡率最高的疾病。随着人类免疫缺陷病毒(HIV)感染的流行,非结核分枝杆菌感染也逐渐上升。其中鸟-胞内分枝杆菌是艾滋病患者最主要的机会致病菌。但鸟-胞内分枝杆菌对大多数一线抗结核药物耐药,采用目前标准的化疗方案治疗无效。且临床症状、影像学、涂片及病理学检查等方面非常相似,这给结核病的诊断和治疗增加了难度。因此,找到有别于鸟分枝杆菌的结核特异性抗原用于检测血清中相应抗体对结核病的早期诊断、鉴别诊断、有效化疗和控制传播有着极其重要的意义。
为了寻找敏感性高的特异性结核抗原,我们采用了免疫蛋白质组学的方法,提取结核分枝杆菌菌体蛋白进行双向电泳,分别与鸟分枝杆菌免疫兔血清及结核分枝杆菌H37Rv株免疫兔血清进行免疫印迹反应,筛选出能被结核分枝杆菌血清特异识别的阳性点。经胶内酶解反应后,使用基质辅助激光解析/电离飞行时间(MALDI-TOF-MS)进行质谱鉴定和数据库搜索。利用基因重组技术克隆表达这些特异蛋白,并对其进行抗原性评价。
我们发现等电点4-6,分子量10-60KDa的范围内集中了大量的免疫血清反应点。有10个蛋白斑点能被H37Rv免疫兔血清特异性识别,5个区域的点能被两种血清都识别。经质谱鉴定特异性抗原为GroES(GroES)、HspX-14KDa蛋白、CFP-10以及一个假设蛋白Rv2626;共同的抗原为DnaK蛋白,60KDa蛋白(GroEL),延长因子Tu和35 KDa蛋白。利用表达载体PET-28a(+)以可溶性形式表达了GroES、HspX-14KDa蛋白,通过亲和离子层析方法获得高纯度蛋白,经兔抗鸟分枝杆菌血清及兔抗结核分枝杆菌H37Rv株血清进行Western Blot检测,证实它们是结核分枝杆菌血清的特异性蛋白抗原。最后,我们用HspX-14KDa、GroES蛋白作为包被抗原,按间接免疫原理,分别检测结核阳性和阴性血清参考品。结果显示:敏感性分别为37.2%和26.2%;特异性分别为95.6%和82.2%。
本实验通过免疫蛋白质组学的方法,筛选到了4个结核分枝杆菌特异性抗原,并发现HspX-14蛋白在检测结核病时具有良好的抗原性,为结核病的血清学检测提供了实验基础。
单碱基突变导致蛋白质的表达和功能异常是许多疾病的根源,序列比对是筛选突变的基础。BLAST是最常用且高效的比对软件,但需要用户对序列进行手工筛选。突变位置凭手工计算相当复杂,翻译序列也很难保证其正确性。为此我们开发了一个单碱基突变筛选和分类的小软件VersusSNP。它可以解析并过滤序列比对结果,根据突变类型将位点加以分类,并通过图形界面显示结果。使用户对基因组比对结果有一个直观的了解,再选择感兴趣的基因或某一些突变进行深入查询和分析。其程序及源代码可以从http://sourceforge.net/projects/versussnp下载。
VersusSNP是一个人机交互图形用户界面(GUI)程序,其界面遵循易用性的原则采用菜单式方法设计,将可视化系统各个功能集成于一体,以菜单的形式列出。通过Swing的消息响应机制,实现数据的实时显示及交互控制。它采用Java语言开发,基于MVC(Model-View-Controller)模式来架构系统,具有良好的可扩展性与实体的独立性,便于二次开发。序列比对的功能由外部程序BLAST完成,并且所有文件操作和进程调用均采用了多线程技术,用户在程序执行大量运算时仍能自由的进行其他操作。
我们将此工具应用于结核分枝杆菌、肺炎链球菌、流感嗜血杆菌以及空肠弯曲菌四种不同形态的细菌比较基因组学研究中,发现这几种细菌菌株间基因序列较保守,同源基因基本上呈共线性分布。除结核分枝杆菌外,其他几种细菌同义突变远多于非同义突变,符合“中性学说”的理论,而结核分枝杆菌中非同义突变数目较多,说明此细菌在抵抗宿主免疫应答及在宿主巨噬细胞内生存的过程中,不断在产生适应性状差别。结核分枝杆菌一些插入和删除突变主要分布于PE/PPE蛋白家族中。此外,置换突变中,转换突变与颠换突变的比例>0.5,说明了碱基替换突变不是随机发生的,但其影响因素尚需进一步分析。