海洋生物蛋白质组学研究现状

　　

二十一世纪，人类面临人口、资源和环境的严峻挑战。海洋是人类在地球上赖以生存和发展的最大空间，在造就地球生命中起了重要作用，海洋至今生存着地球上大多数的生物种类。开发、利用和保护海洋已经成为当今世界的潮流。现代遗传学、分子生物学、细胞免疫学、生物物理、生物化学、生物技术和养殖工程学等学科的快速发展极大的提高了人类认识海洋生物及其生命过程的能力。蛋白质组学研究也已经涉足于海洋生物领域。虽然蛋白质组学在海洋生物的研究中起步较晚，但进展迅速，目前在生理学、生态毒理学、免疫学与分类学等领域已经得到广泛应用。

本文就海洋生物蛋白质组学的研究现状做一介绍。

 

寻找功能蛋白质

盐度、温度等外界环境刺激对海洋生物会产生明显的生理影响，不同生理阶段的蛋白质表达谱也会发生变化。通过蛋白质组研究可以找到与特定生理反应相关的功能蛋白质。Kimmel等人（2001）研究了盐度与温度变化导致的挠足类（Eurytemora affinis）的特定蛋白质的反应，分析了在极端温度与盐度的环境条件下二维凝胶电泳图谱上蛋白质点，发现有些蛋白质出现或缺失，或者是表达量增加或减少，提示这些蛋白质可能参与调节非必需氨基酸的含量或者参与动物对无机离子的反应。

Shepard等人（2000）研究了盐度与铜离子浓度对食用贻贝（Mytilus ellulis）的血浆蛋白表达的影响，对血浆蛋白质的二维凝胶图谱进行分析后，发现了动物体内一些与调节盐度和铜离子代谢相关的蛋白。盐度变化也会影响细菌的生理状态。弧菌（Vibrio. parahaemolyticus）是对海洋动物致病力很强的一种细菌，Xu 等人 (2004) 采用蛋白质组学方法分析了不同浓度氯化钠对弧菌外膜蛋白的影响，结果表明，外膜蛋白W、外膜蛋白V、延长因子F和极性鞭毛蛋白在不同盐度下发生明显变化，提示它们与渗透压调节有关，这有助于了解细菌的生理状况和致病机制。

有些生物对光周期比较敏感，通过对处在不同光周期的机体的蛋白质组进行研究，有助于发现调节这个生理过程中的重要蛋白质。Akimoto等人（2004）应用蛋白质组学技术对处在不同生理节律的腰鞭毛虫的蛋白质表达谱进行研究，对其中的等电点范围5~8、分子量22,000~120,000的蛋白质进行分析表明，其中28个蛋白质与光周期有关。硫－氧还原细菌在调节生物地球化学的过程中起着重要作用，利用蛋白质组学技术对“温度对硫－氧还原细菌（Desulfobacterium autotrophicum）品系HRM2的影响机理”进行研究后，结果表明这种细菌对低温的适应并不是通过合成特定的调节酶，而主要是通过降低代谢速率来达到的。

 

检测污染物

污染物对海洋生物会产生重要的影响，Brenez等人（2004）利用培养的海豹囊依赖性淋巴细胞检测环境中的有毒物质PCDD/F对免疫系统的影响，通过蛋白质组学的方法鉴定与之相关的一些标志分子，结果鉴定出肌浆蛋白、微管蛋白等细胞骨架蛋白；超氧化物歧化酶、过氧化物酶等酶类；HSP60、HSP70等应激蛋白；防御素和65kd的巨噬细胞蛋白等表达均发生了变化。研究表明，暴露在多氯联苯（PCB）溶液中，不同盐度和铜离子浓度均对食用贻贝肌肉组织中的蛋白质表达产生影响，提示发生变化的蛋白质可能与机体对抗这些外来物质的刺激有关。这些研究为人类了解污染物对生物的影响机理和将来寻找一些污染物的生物标志物奠定了基础。

海水养殖业为人类提供了更多的食品资源，同时也带来了巨大的经济效益。但是近年来由于环境恶化，使得经济水产养殖动物病害发生日益频繁，水产动物免疫增强剂的研究成为一个重要的领域。海带多糖（Laminarin）是在包括鱼类、虾类等水产经济养殖动物中得到广泛研究的一种免疫增强剂，Yao等（2005）采用二维凝胶电泳和质谱技术研究了免疫刺激物laminarin对中国明对虾（Fenneropenaeus chinensis）的免疫反应机理，结果表明在免疫反应初期，laminarin对精氨酸激酶的影响很大，提示其可能与能量代谢具有密切关系。

这些工作的开展对海洋生物的分类学、遗传学、生态学、生理学和免疫学研究奠定了基础。在海洋生物领域，蛋白质组学的研究正在不断深入。

 

基础研究

在分类学中，可以通过蛋白质组技术找到种属差异的蛋白质。通过鉴定形态学上难以区分的种类蛋白质中多肽序列的氨基酸的差异从而对它们在分子水平上更精确的加以区分，为海洋生物的分类学提供了分子依据。例如，贝类Mytilus edulis (ME), Mytilus galloprovincialis (MG)和 Mytilus trossulus (MT)在生物分类学中很有争议，它们的蛋白质组数据库中数据也很少，为了找出种属特异性的多肽片段，L—pez等对不同种类个体斧足抽提物的蛋白质进行二维凝胶电泳，从中随机选择了6个表达量较高的蛋白质斑点，通过酶解和MALDI-TOF-MS分析后得到了51个多肽片段，对它们比较后发现，只有一个斑点的种属差异最小，质谱鉴定表明它为原肌球蛋白。

对这些多肽片段分析后发现，其中两个多肽片段仅在ME与MG中有，另一个仅在MT中存在，采用ESI-MS测定了这些多肽片段的氨基酸序列，确定MT的原肌球蛋白中的一个苏氨酸被天冬氨酸所取代，这种种属高度特异性的鉴定由对原肌球蛋白斑点的抽提物进行ESI-MS分析后得到证实，从而在分子结构上精确验证了其差异，在蛋白质水平上为分类学提供了证据。这个结果也为利用蛋白质组学的方法鉴定蛋白质组数据库不丰富的种类提供了一种思路。蛋白质组学技术在鱼类的分类学中也已经得到应用，2001年，Pineiro等人采用蛋白质组技术对一种具有高度商业价值海水鱼的种属特异性的肌浆蛋白质的特征和部分序列进行了鉴定。从分子水平阐释了它的特异性。蛋白质组层面上的技术手段无疑对传统研究方法进行了有效的补充。

 

不足与展望

海洋生物因其材料的特殊性，使得蛋白质组学的研究在这一领域面临着巨大挑战。因此，蛋白质组和基因组学技术相结合，一方面，从整体的水平分析细胞，组织中参与生长，生殖，病理，胁迫生理，免疫等信号传导相关的分子；另一方面，快速鉴定新蛋白以及与其他生物体内同源性高的具有生理功能的蛋白质，从而在不同水平上对海洋生物的功能基因和蛋白质进行研究，这也为蛋白质组学在这一领域的发展和应用提供了一种思路。