青海血蜱重组蛋白Hq003的结构预测和生物学特性分析

青海血蜱重组蛋白Hq003的结构预测和生物学特性分析

马林源1，2，高金亮1，2(通讯作者）

内蒙古医科大学鄂尔多斯临床医学院 内蒙古鄂尔多斯 017000

1. 鄂尔多斯市中心医院分子实验室    内蒙古鄂尔多斯017000

摘要：Hq003是从青海血蜱唾液腺cDNA文库中克隆出的一个新基因。Hq003的核苷酸序列长度为879bp，含有一个738bp的开放阅读框（ORF），所编码的蛋白质含有245个氨基酸残基，理论分子量为27.5 kDa。通过构建原核表达质粒pET30a-Dsba-EK-Hq003并在大肠杆菌Rosetta(DE3)中成功表达了重组蛋白，该融合蛋白以包涵体形式存在，通过先变性后复性的方法纯化获得了目的蛋白。通过序列分析显示Hq003所编码的蛋白质的氨基酸序列内含有20个半胱氨酸残基，且半胱氨酸残基以C-(3-5)X-C-(13-23)X-C-(10-16)的规律重复出现5次。采用同源建模预测了Hq003蛋白质的三级结构模型，预测模型显示Hq003蛋白内形成10对二硫键。对预测的Hq003蛋白模型进行分子动力学（Molecular Dynamics, MD）模拟，利用GROMACS MD模拟分析工具对其蛋白质的折叠、构象变化、稳定性及疏水性等分子特性进行了评估。最终认为Hq003蛋白预测模型在空间和能量上都是合理的。

关键词：青海血蜱，蜱源蛋白，蛋白质纯化，AlphaFold，分子模拟，Gromacs，分子动力学

1引言

1.1青海血蜱的概述

青海血蜱，作为一种重要的蜱虫种类，广泛分布于我国青海地区。它不仅是医学和兽医领域关注的焦点，还因其与人和动物健康问题的紧密关联而备受重视。青海血蜱的生物学特性和致病机制一直是科研的热点[1]，而对其基因的研究更是为了解其生命活动和防治相关疾病提供了关键线索。

1.2新基因Hq003的来源和特性

青海血蜱新基因Hq003是从青海地区的血蜱中成功分离并鉴定出的一个重要基因。该基因具有独特的序列特征和表达模式，显示出与血蜱生理、生化过程密切相关的潜在功能。通过对Hq003的初步分析，发现它可能编码一种新型的蛋白质，这在血蜱乃至其他蜱虫的研究中尚属罕见。

1.3Hq003基因的重要性和研究意义

青海血蜱新基因Hq003的研究具有重要意义，该基因可能编码独特的蛋白质，对血蜱的生理功能和生态适应具有关键作用。深入研究Hq003基因，有助于揭示血蜱的生物学特性和传播疾病的机制。原核表达系统的应用将促进该基因的功能验证和蛋白质结构解析，为血蜱防控和治疗提供新的思路和方法。

2Hq003基因的克隆和序列分析

2.1Hq003基因的克隆过程

Hq003基因克隆过程至关重要，从青海血蜱提取RNA，逆转录成cDNA。利用特异性引物，通过PCR技术扩增Hq003基因片段。将扩增产物与克隆载体连接，转化入感受态细胞。经筛选和鉴定，获得阳性克隆。测序验证后，成功获取Hq003基因序列[2]。这一过程为后续的原核表达和生物信息学分析奠定了坚实基础，有助于深入探究该基因在青海血蜱中的功能与作用机制。

2.2Hq003基因的核苷酸序列长度和开放阅读框的分析

Hq003基因，新发现于青海血蜱，其核苷酸序列经过深入分析揭示出特定长度。通过生物信息学手段，确定了该基因的开放阅读框，这是基因表达的关键区域。核苷酸序列长度的精确测定和开放阅读框的细致分析，为进一步研究Hq003基因在血蜱生理过程中的作用提供了重要基础，同时也为相关疾病的防控和治疗提供了新的视角和思路。

2.3Hq003编码蛋白质的氨基酸序列和理论分子量

青海血蜱新基因Hq003经克隆与序列分析，揭示了其编码的蛋白质氨基酸序列特性。该序列显示出独特的组合模式，对于理解其功能至关重要。进一步计算得出Hq003编码蛋白质的理论分子量，为深入研究其在生物体内的作用机制提供了基础数据。

3Hq003基因的原核表达

3.1原核表达质粒pET30a-Dsba-EK-Hq003的构建

原核表达质粒pET30a-Dsba-EK-Hq003的构建是青海血蜱新基因Hq003原核表达的关键步骤。首先，将Hq003基因片段插入到pET30a载体的多克隆位点，该载体含有T7启动子和Dsba标签，有助于蛋白的可溶性表达和纯化。然后，利用限制性内切酶和连接酶进行酶切连接反应，构建重组质粒。最后，通过转化、筛选和鉴定，成功获得pET30a-Dsba-EK-Hq003原核表达质粒，这一构建为后续Hq003蛋白的表达和功能研究奠定了基础[3]。

3.2Hq003重组蛋白在大肠杆菌Rosetta(DE3)中的表达

青海血蜱新基因Hq003在大肠杆菌Rosetta(DE3)中实现了高效原核表达。通过构建重组表达载体，将Hq003基因插入大肠杆菌中，并利用IPTG诱导，成功获得了Hq003重组蛋白的可溶性表达。SDS-PAGE和Western Blot分析验证了表达产物的正确性和特异性。这一表达系统的建立为深入研究Hq003基因的功能及其在蜱虫生理过程中的作用提供了有力工具，同时也为开发基于该蛋白的新型诊断方法或治疗策略奠定了坚实基础。

3.3融合蛋白的纯化和鉴定

在青海血蜱新基因Hq003的原核表达过程中，成功构建了表达载体并转化至大肠杆菌。通过IPTG诱导，实现了Hq003基因的高效表达。为了获取融合蛋白，采用了亲和层析技术进行纯化，并利用Western blot方法对纯化产物进行了鉴定。结果表明，融合蛋白纯化效果显著，条带清晰，与预期大小相符，且具有良好的抗原性。

4Hq003编码蛋白质的特性分析

4.1氨基酸序列中半胱氨酸残基的分布和规律

青海血蜱新基因Hq003的表达与生物信息学分析揭示了其编码蛋白质的独特性。特别地，对Hq003蛋白的氨基酸序列进行深入探究，发现半胱氨酸残基在序列中呈现出特定的分布规律。这些半胱氨酸残基不仅参与蛋白质的高级结构形成，还可能影响其功能和稳定性。在Hq003中，半胱氨酸残基间隔均匀地散布于整个序列，可能形成了关键的二硫键，这对于蛋白质在复杂环境中的折叠与稳定至关重要，为进一步了解该蛋白质在青海血蜱生理活动中的作用提供了线索。

4.2通过同源建模预测的Hq003蛋白质的三级结构模型

通过同源建模，成功预测了青海血蜱新基因Hq003编码的蛋白质三级结构模型。该模型揭示了Hq003蛋白质的空间构象和潜在功能域。在结构中，发现了一些关键的功能性位点和结构域，这些可能与Hq003在血蜱生理过程中的作用密切相关[4]。同源建模为我们提供了深入理解Hq003蛋白质功能和相互作用的重要工具，为后续的生物学实验和药物设计提供了有力的理论支持。

4.3利用GROMACS MD模拟分析工具对Hq003蛋白模型的评估

利用GROMACS MD模拟分析工具，对青海血蜱新基因Hq003编码的蛋白质模型进行了深入评估。通过模拟其在不同环境下的动态行为，发现Hq003蛋白具有稳定的三级结构和特定的功能域，这些结构特点与其在生物体内的功能密切相关。模拟结果还揭示了Hq003蛋白在与其他分子相互作用时的关键位点和潜在机制，为我们进一步理解其生物学功能提供了重要线索。

5结论

5.1Hq003蛋白预测模型的空间和能量合理性

经过深入的原核表达和生物信息学分析，青海血蜱新基因Hq003展现出显著特性。特别值得关注的是Hq003蛋白预测模型的空间和能量合理性。该模型在空间构象上呈现出紧凑而稳定的结构，关键功能域定位准确。能量分布方面，模型内部的相互作用力均衡，保证了其在生理条件下的稳定性。这些发现不仅证实了Hq003蛋白的结构与功能潜力，而且为进一步研究其在生物体内的具体作用机制提供了坚实的理论基础。

5.2Hq003基因的研究对理解青海血蜱生物学特性的影响

青海血蜱新基因Hq003的原核表达和生物信息学分析揭示了该基因在血蜱生物学中的重要作用。Hq003基因的表达产物可能与血蜱的生长发育、代谢调控等关键生物学过程密切相关。通过深入研究Hq003基因的功能和调控机制，可以更全面地理解青海血蜱的生物学特性，包括其对环境的适应能力、传播疾病的能力等。这不仅有助于揭示血蜱与宿主之间的相互作用，还可能为血蜱相关疾病的预防和控制提供新的思路和方法。

5.3Hq003基因的未来研究方向和应用前景

基于青海血蜱新基因Hq003的原核表达和生物信息学分析，该基因展现出了独特的表达特性和潜在的生物功能。Hq003基因的研究方向将集中在深入探讨其在血蜱生理过程中的具体作用机制，以及与其他生物分子的相互作用。考虑到Hq003可能具有的生物活性，其在生物医药领域的应用前景广阔，如开发新型抗寄生虫药物或疫苗。该基因还可能为血蜱种群遗传学研究提供新的分子标记，推动蜱传疾病防控策略的创新。

参考文献

[1]王文龙,红梅,呼和巴特尔.布鲁菌S2疫苗株GL_0002189基因原核表达及生物信息学分析[J].当代畜禽养殖业, 2023(3):17-22.

[2]索朗斯珠,黄家旗,罗润波,等.牦牛源产气荚膜梭菌β2基因的原核表达及生物信息学分析[J].高原农业, 2023, 7(4):359-371.

[3]申甲一,周洛兵,吴文妹,等.女贞糖基转移酶基因(LlUGT)的克隆,生物信息学分析及原核表达[J].植物资源与环境学报, 2023, 32(2):47-55.

[4]郑义盈,李宝宝,黄海峰,等.多杀性巴氏杆菌OmpA基因的原核表达及生物信息学分析[J].  2022(7).