结核分枝杆菌膜蛋白的异源表达与纯化研究进展.pdf

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结核分枝杆菌膜蛋白的异源表达与纯化研究进展

廖丹&，谢建平&，$"，王洪海$

（&西南大学生命科学学院现代生物医药研究所重庆!%%"&#）
（$复旦大学生命科学学院遗传学研究所遗传工程国家重点实验室上海$%%!((）

摘要：膜蛋白是一类与生物膜相互作用、具有重要功能和独特结构的蛋白质。异源表达纯化一直是了解膜蛋白
结构和功能的重要瓶颈。结核分枝杆菌作为典型的胞内致病菌，其膜蛋白的研究具有很好的代表性以及重要意
义。目前用于表达膜蛋白的有大肠杆菌、酵母、哺乳动物细胞等表达系统，但结核菌膜蛋白的表达宿主还往往局限
于大肠杆菌。异源表达需要综合考虑蛋白的来源、疏水性、跨膜区等特性。低温、加入共表达因子以及改变培养条
件有助于结核菌膜蛋白的可溶性表达。另外，包涵体复性也是获得结核菌目的膜蛋白的重要途径。随着新的表达
系统，新的促可溶表达策略，新的包涵体复性手段，新的纯化方法的应用，将有更多的膜蛋白异源表达纯化成功，为
蛋白质功能研究奠定基础。
关键词：结核分枝杆菌；膜蛋白；异源表达；纯化
中图分类号：G#&；G’(*文献标识码：H文章编号：%%%&7*$%’（$%%"）%#7%’($7%#

对于一个有功能的细胞而言，膜蛋白的重要性是毋庸置具有一定的代表性，它不仅有原核生物中功能保守的膜蛋
疑的。据统计，膜蛋白的编码基因占整个基因组的$%I)白，还有类似真核生物的膜蛋白，如：真核样的腺苷酸环化
［］［］［］
(%I&，它们执行了包括跨膜运输、结构支撑、维持细胞电酶#、真核样O蛋白*等。所有已知的脂质、聚酮代谢途径
势、信号传递和代谢等重要的细胞功能。目前约有"%I的在分枝杆菌中都有发现，N53的脂质、聚酮合成酶中，很多超
药物以膜蛋白为作用靶点［$］，同时，很多诊断靶标以及疫苗出已知范围，研究它们还有可能获得新的脂质聚酮合成途
分子都是膜蛋白。因此，无论在理论研究还是在实践应用方径。因此，本文通过综述针对结构和功能研究的N53膜蛋
面，膜蛋白的异源表达和纯化都有重要意义。本文主要阐述白异源表达与纯化，阐述膜蛋白对病原微生物研究的重要意
针对结核菌膜蛋白结构和功能研究的异源表达纯化。义，为成功表达膜蛋白，提供了可供选择的方案及实例。
膜蛋白结构特殊、研究困难，在蛋白数据库（J1.-0=EK9-97
!结核分枝杆菌膜蛋白的异源表达和纯化现状
39EL）里能够获得结构数据的膜蛋白，仅占蛋白总数的
［(］。要进行结构研究，按目前的技术水平，需数百年试验室菌株的基因组测序完成以
%M#I&%)&’’4N53P("QR
<>的高纯度蛋白。要得到满足数量和纯度要求的蛋白，一后，序列分析得到的(’$!个+Q8中，预测有&&*$个是编码
般来说可以从以下四个方面来考虑：从天然蛋白中纯化；化膜蛋白的［"］，其功能包括：能量代谢、大分子的合成和修饰、
学合成；体外表达系统表达分离；通过异源表达纯化得到。调控、降解、转运结合、毒力相关、细胞分裂、氨基酸合成、脂
通常情况下，天然条件下膜蛋白的含量过低，分离纯化困难。质合成、J;和JJ;家族、ST元件、分子伴侣、细胞色素等
而化学合成受肽链长度的限制，迄今未有成功合成膜蛋白的（U--V：WWAAAC@9E>01C9,CBL）。
［］
报道。体外表达系统是很有潜力的!，但它的成本高，而且$%%$年美国X9-=.E96P=>UN9>E0-=,8=06DY9/.19-.1Z开展了
缺乏必要的翻译后修饰，目前仍然没有大规模应用。异源表N53膜蛋白结构基因组计划（N0</19E0J1.-0=ET-1B,-B196
达仍是大多数人的首选途径。研究者对此作了大量的探索O0E.<=,@.[!"#$%&#’()*+,’+%()#+-$.*.），拟以大肠杆菌
工作。（/.#0()*#0*&#$-*）为异源宿主，表达所有的N53膜蛋白，预计
结核病目前依然是严重威胁人类健康的传染病之一，结有&%I)$%I的蛋白能够获得足够数量用以晶体结构分析。
核分枝杆菌（!"#$%&#’()*+,’+%()#+-$.*.，简称N53）是结核病致目前尝试表达了大约(%%多个膜蛋白，约有#%I蛋白表达成
病菌，它的细胞被膜有独特的分子组成和结构，介导该菌的功。（U--V：WW<9>E0-C[@BC0DBW)<V1.-0=EWN3JA0/）。$%%#年
［］
胞内寄生，参与宿主的免疫应答，并通过屏蔽或外排药物导\.10V9E.R9等"同样利用大肠杆菌为宿主，以V;5表达系统
致该菌的