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能量代谢(Energy metabolism)是所有生物生存之必需,而随着多个顶复门原虫(疟原虫、弓形虫、隐孢子虫等)全基因组测序工作的完成,其基因组数据和生化分析结果显示,顶复门原虫多缺少典型的或仅具有不完整的有氧氧化途径,且不能利用脂肪酸和蛋白质进行能量供应。糖酵解途径(Glycolysis pathway)是寄生原虫产生能量(ATP)的主要途径。己糖激酶(Hexokinase,HK)是糖酵解途径的第一个限速酶,在能量代谢和直链淀粉的合成过程中具有不可或缺的作用。阻断己糖激酶的功能可以干扰虫体赖以生存的碳水化合物和能量的代谢,从而达到抑制寄生虫生存的目的。已有实验报道敲除弓形虫的HK基因,弓形虫的生长发育几乎被完全抑制,这也进一步证实了HK在糖酵解途径中的重要性,但有关艾美耳球虫(Eimeria spp)HK的研究尚未见有报道。
本研究利用生物信息学等相关技术成功预测、拼接了柔嫩艾美耳球虫(Eimeriatenella)HK的编码基因序列,并设计特异性引物,以柔嫩艾美耳球虫子孢子总RNA为模板,利用RT-PCR技术扩增编码柔嫩艾美耳球虫己糖激酶(Eimeria tenellahexokinase, EtHK)基因ORF,测序结果显示,扩增获得的EtHK ORF序列全长为1284bp,推导其编码427个氨基酸。EtHK与其它原虫HK的氨基酸顺序相似性为34.4%~46.8%,其中与Toxoplasma gondii hexokinase,TgHK的氨基酸顺序相似性最高,为46.8%。
为了研究酶的动力学活性,试验利用DNA重组技术,选择不同类型的表达载体,重组表达EtHK。首选成熟的原核表达系统,选择高效表达载体pMAL-c2X,构建原核表达质粒pMAL-c2X-EtHK,在E.coli Rosseta(DE3)中诱导表达,结果显示重组表达载体pMAL-c2X-EtHK在E.coli Rosseta(DE3)能够很好的表达,在16℃低温诱导条件下,具有一定的可溶性表达。由于后期实验酶动力学及抑制动力学检测的要求,原核表达系统具有缺乏翻译后的糖基化修饰等缺陷,诱导产生的重组蛋白存在不具有生物学活性的可能性,本实验同时选用了近年来发展最快和最具潜能的真核表达系统——巴斯德毕赤酵母(Pichia pastoris)表达系统,选用穿梭型载体pPIC9k,构建了真核表达质粒pPIC9K-EtHK,电转化至毕赤酵母菌种GS115,并用G418抗性梯度筛选法,获得高拷贝重组菌株,对重组菌株进行甲醇诱导表达,SDS-PAGE分析结果表明,用真核表达系统成功表达出EtHK。