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细菌应激反应中的蛋白质组学研究摘要：蛋白质组学(Proteomics)是合并双向电泳分离和质谱分析技术，并应用生物信息学阐明生物体全部蛋白质的表达模式和功能模式的一个研究领域。它能促进我们对于特殊条件下生理现象的理解。当外部生存环境发生变化时，细菌会在短时间内发生应激反应。利用2-D技术结合生物质谱鉴定的方法对细菌蛋白表达谱变化进行研究，是细菌转录谱变化研究的深入和扩展，是细菌应激反应研究中的新热点。关键字：蛋白质组学，应激反应，细菌正文：蛋白质组学(Proteomics)是合并双向电泳分离和质谱分析技术，并应用生物信息学阐明生物体全部蛋白质的表达模式和功能模式的一个研究领域，包括蛋白质的表达水平，翻译后的修饰，蛋白与蛋白相互作用等，由此获得蛋白质水平上的关于疾病发生，细胞代谢等过程的整体而全面的认识。自从这一概念在1994年被提出以来，就一直是是医学领域研究的前沿。蛋白质组学研究可以提供关于蛋白质合成中的变化、降解速率、后转录突变、蛋白质相互作用、亚蛋白定位等没有价值的信息，它能促进我们对于特殊条件下生理现象的理解。许多研究被开展来研究细菌在不同生长环境下/基因生长压力下的蛋白表达，在系统生物学水平上揭示了新的潜在的途径和相对丰富的蛋白质。当细菌的外部生存环境发生变化时，细菌会在短时间内产生应激反应，调整其蛋白表达谱，阻遏冗余蛋白或者非必需蛋白的表达，将资源尽可能的用于合成那些对于细菌应对环境所必须的蛋白质。从分子水平上讲，当细菌遭遇到一个特定的压力的时候，对环境的应激反应是一个十分复杂的反应过程，其基因组的大部分基因都会参与这个过程，对细菌应激反应进行研究的目的，就是要找到在这些压力条件下发挥关键性作用的蛋白。研究应激反应最直接最普遍的方法就是蛋白双向电泳结合质谱鉴定的技术，这一技术一方面可以从整体水平上研究细菌应对环境变化时发生的蛋白质谱变化，一方面可以通过研究胶块上的蛋白质点来研究参与了应激反应的单个蛋白质的表达量和蛋白性质的变化。两方面相融合，可以解释应激反应中的蛋白质变化，分析他们的生化性质，阐明应激反应中的分子调节剂机制。目前，学术界对于细菌的应激反应造成蛋白质组变化的研究主要集中在以下几个方面1.温度变化大多数细菌在其自然生活史中都会遭遇到生长温度的变化，因此，细菌必须具备快速感受外界环境温度变化并通过调节代谢抵御温度变化对自身的伤害的能力。在用转录组学和蛋白质组学方法对一株蓝细菌的热休克反应进行系统的研究时，把蓝细菌的培养温度提升为44℃，20min后一些分子伴侣及蛋白酶的编码基因开始被诱导转录，60min后，一些分子伴侣和蛋白酶的表达水平也有所提高，但是，延伸因子的的表达调控似乎主要是在蛋白水平。在对普通脱硫弧菌热休克反应的研究中，应用双向电泳和基因芯片的方法发现的DnaK、HtpG、HtrA、AhpC等热休克蛋白的表达变化说平是一致的。此外，还发现，DnaK、AhpC、GroES、GroEL及几个周质ABC转院单摆可能存在翻译后修饰。变异链球菌在温度升高时也有特异性感受温度变化的应激蛋白的表达量上升。在对一株湿热脂肪芽孢杆菌的冷休克反应进行蛋白质组学研究时，将其从最适的生长温度65℃培养变为37℃和25℃培养时，可发现它的葡糖基转移酶、Mrp蛋白同原体、二氢乳清酸酶、假想的转录因子、RibT蛋白、活性硫酸盐还原酶及转录激活子RsfA等的表达差异有较大变化。在产生差异表达的53种蛋白中，有6种冷休克蛋白都与细菌产生芽孢的信号转到过程有关。2.渗透压变化研究表明，在高盐（NaCl）环境与高渗透压（山梨醇）环境下，细菌的反应机制存在一定差异，但是感受渗透压变化的应激反应相关蛋白在两种情况下应该是相同的。研究枯草芽孢杆菌在由NaCl产生的高渗透压环境中的应激反应造成的蛋白质组变化时，发现在高渗透压条件下，许多生长相关的酶都被抑制了，但是催化葡萄糖转变为2-酮戊二酸的酶的表达量没有明显变化，参与硫酸盐同化过程及Fe-S结构形成的酶类被诱导表达，此外SigW调控元及PerR调控元成员的表达量也有升高。在变异链球菌的研究中，高渗透压环境诱导了52个蛋白的合成，其中十个是特异性感受渗透压变化的应激蛋白。在酵母的研究中发现，高渗透压条件下，Hor2p的表达量会上升，Tdh3p和Eno2p的表达量不变，也就是说，在高渗透压条件下，乙醇脱氢酶活性升高，乙醛脱氢酶活性下降，造成了丙三醇和海藻糖的积累。对于病原菌研究来说，外膜蛋白在治病过程中发挥了重要作用。在对副溶血弧菌处于不同NaCl浓度下时的膜蛋白进行提取并进行双向凝胶电泳，结果发现，OmpW、OmpV、延伸因子TU及极性鞭毛蛋白都属于感受渗透压变化的外膜蛋白。3.过氧化物或者超氧化物胁迫在对枯草芽孢杆菌对过氧化物及超氧化物刺激下的应激反应进行转录组学和蛋白质组学研究时发现，