紅斑丹毒絲菌蛋白間相互作用網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建與分析

關(guān)鍵詞：紅斑丹毒絲菌（Erysipelothrixrhusiopathiae）；蛋白間相互作用；互作網(wǎng)絡(luò)

中圖分類號： R378.99⁺5;Q51 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：0439-8114（2025）07-0137-05

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2025.07.024 開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（OSID）：口

The construction and analysis of the protein-protein interaction network of Erysipelothrixrhusiopathiae

WUXue-jun1，DONG Qi2，ZHOU Cai-qin1，ZHANGXiao-wei1，LIUWei3 （1.ZhejangCeefoaleasetrodretioHangou，ina;uaagCitanfegCotyalsd VeterinaryDevelontCnteruagag48OHubei，hia;3KeyboratorofrevetodtrolAgentsnalcteriois （MinityofAltueanduralfis）/ubeiProvalKeyboratoyfalatogccobIstitutefAialHusbadryd Veterinary，HubeiAcademy ofAgricultural Sciences，Wuhan 43OO64，China）

Abstract：Analysisofteinteractionbetweenpathogenicproteinsasanimportantwaytounderstandtheirlifeactivites，eveathe signaltransductionmechanism，andpredictpotentialdrugtargets.Theaimofthisstudywastoconstructacomprehensiveinteraction networkbetweentheencodedproteinsofErysipelothrixrhusiopathiaebyusingtheDIPproteininteractiondatabaseandthehoolgous proteinmappingmethod.Theconstructedinteractionnetworkcontains113pairsofnon-redundantinteractions involving30pro teins.Ouranalsisunraveled40proteinswithhighestinteractionsinthenetwork，andmostofthemwererelatedtotranslationtranscription，molecularchaperone，andother functions.Furtheranalysis showed that chaperone proteins DnaK，DnaJ，GroELand DEAD/DAHhelicases hadhighinteractionfrequenciesandcouldinteract withmultiplefunctionalproteinssuchasribosomalproteins，metabolicallrelatedproteins，chaperoneproteins，andcelldivisionproteins.Theresultssugestedthatif thefunctinsof DnaK，DnaJ，GroEL，EAD/DEAHelicasesereibited，tenoalifectivitsofErysipelothixrusiopathaeouldbeeat ly affected.

KeyWords：Erysipelothrixrhusiopathiae；protein interaction；interaction network

豬丹毒是由紅斑丹毒絲菌（Erysipelothrixrhusio-pathiae）引起的一種重要的人畜共患傳染病。紅斑丹毒絲菌是一種革蘭氏陽性小桿菌，屬于丹毒絲菌屬（Erysipelothrix），可感染動物和人類，從哺乳動物、爬行動物、兩棲動物、鳥類和魚類等動物體內(nèi)均分離得到[1。豬丹毒廣泛分布于世界各地，20世紀(jì)60年代曾在中國豬場中肆虐，帶來了嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失，后因疫苗和抗生素廣泛使用而在中國銷聲匿跡[2.3]近年來，豬丹毒在部分規(guī)?；i場出現(xiàn)了散發(fā)性感染，給畜牧業(yè)和人類健康帶來了較大威脅[4]

紅斑丹毒絲菌主要的血清型有1-26型和N型，其中N型為不能定型的血清型[5]。1a、1b、2型是國內(nèi)外主要流行的血清型，1a型菌株感染常導(dǎo)致急性敗血癥[6。2型紅斑丹毒絲菌的分離率較高，但毒力普遍低于1a型。臨床上，豬丹毒主要呈現(xiàn)為急性、亞急性和慢性3種[7]。疫苗和抗生素是預(yù)防和治療紅斑丹毒絲菌感染的有效措施，但是隨著抗生素在細(xì)菌性疫病防控中的大量使用，耐藥現(xiàn)象越來越明顯[8。一方面，研究發(fā)現(xiàn)中國分離的紅斑丹毒絲菌菌株對氨芐青霉素、紅霉素和頭孢噻肟敏感，對卡那霉素、頭孢唑啉、磺胺嘧啶和阿米卡星產(chǎn)生了耐藥性[9，10]。另一方面，頻繁使用抗生素治療豬丹毒并非理想的方法，也不符合當(dāng)前“減抗限抗\"的政策。因此，本研究通過HPM方法構(gòu)建了紅斑丹毒絲菌蛋白相互作用網(wǎng)絡(luò)，將有助于理解生物體尤其是病原微生物的各項生命活動進(jìn)程，為豬丹毒的防控及新型藥物的研發(fā)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 基因組序列與數(shù)據(jù)庫

紅斑丹毒絲菌NCTC8163菌株的全基因組序列下載自NCBI數(shù)據(jù)庫，NCTC8163菌株編碼蛋白的氨基酸序列通過Artemis導(dǎo)出。同源蛋白映射分析時涉及的氨基酸序列來源于DatabaseofInteractionProtein（DIP）蛋白相互作用數(shù)據(jù)庫（表1）。

1.2 方法

1.2.1同源蛋白映射經(jīng)酵母雙雜交、免疫共沉淀、GST-pulldown等試驗(yàn)證實(shí)的蛋白與蛋白間相互作用關(guān)系保存在DIP數(shù)據(jù)庫中。同源蛋白映射（HPM）是以數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，運(yùn)用合適的算法和軟件，將待測蛋白與已知蛋白同源映射，利用已知蛋白間互作關(guān)系，進(jìn)行未知蛋白間相互作用網(wǎng)絡(luò)的大規(guī)模預(yù)測[]。圖1展示了同源蛋白映射的原理，利用數(shù)據(jù)庫中已知的蛋白C和蛋白D之間的互作關(guān)系，來預(yù)測未知的蛋白A和蛋白B之間的可能的互作關(guān)系。1.2.2蛋白互作網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建紅斑丹毒絲菌編碼蛋白的氨基酸序列和Blast軟件包從NCBI的FTP服務(wù)器下載獲取[12]。已證實(shí)互作蛋白的氨基酸序列庫和互作關(guān)系數(shù)據(jù)庫從DIP網(wǎng)站上下載獲得（氨基酸序列庫：fasta20171201；互作關(guān)系庫： dip20170205） 。利用Formatdb將紅斑丹毒絲菌編碼蛋白的氨基酸序列建庫，通過Blastp（ E- value 1e^-30 ）確定紅斑丹毒絲菌編碼蛋白的氨基酸序列與DIP數(shù)據(jù)庫中的氨基酸序列的同源性。Blastp得到的初步比對結(jié)果通過script程序映射成互作關(guān)系。最后，集成蛋白氨基酸序列長度覆蓋率大于 60% ，同源性大于 30% 且顯著性E-value 小于 1e^-30 的所有互作關(guān)系，并利用Cyto-scape[13]等軟件構(gòu)筑蛋白間相互作用網(wǎng)絡(luò)圖，并以可視化方式呈現(xiàn)。

圖1蛋白同源映射方法的原理

2 結(jié)果與分析

2.1 紅斑丹毒絲菌蛋白間相互作用網(wǎng)絡(luò)

通過同源蛋白映射HPM方法構(gòu)建了紅斑丹毒絲菌蛋白間相互作用網(wǎng)絡(luò)。如圖2所示，預(yù)測的蛋白互作網(wǎng)絡(luò)中包含330個蛋白和2113對相互作用關(guān)系，蛋白用菱形的紅色節(jié)點(diǎn)表示，相互作用關(guān)系用灰色的直線表示。

2.2 蛋白相互作用度分析

蛋白相互作用度指蛋白互作網(wǎng)絡(luò)中某單一蛋白與其他蛋白發(fā)生相互作用的次數(shù)。蛋白相互作用度越高，其參與病原菌的生命活動越活躍，在病原菌的生存和多種生命活動中起著十分關(guān)鍵的作用。表2列出了紅斑丹毒絲菌互作網(wǎng)絡(luò)中互作度最高的42個蛋白，大多數(shù)蛋白與核糖體結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)錄翻譯、分子伴侶等功能相關(guān)。

表1本研究中涉及的軟件與數(shù)據(jù)庫

圖2紅斑丹毒絲菌編碼蛋白間相互作用網(wǎng)絡(luò)

表2相互作用網(wǎng)絡(luò)中互作度最高的42個蛋白

EL194_RS00675、EL194_RS04925、EL194_RS08050和EL194_RS08145均編碼DEAD/DEAHbox解旋酶，這幾個蛋白的互作頻率較高，且都能與分子伴侶蛋白（如EL194_RS02615、EL194_RS06315、EL194_RS06320等）延長因子（如EL194_RS03105等）、核糖體結(jié)構(gòu)相關(guān)蛋白（如EL194_RS03090等）發(fā)生相互作用（圖3）。若DEAD/DEAHbox解旋酶的功能受到抑制，將影響紅斑丹毒絲菌的生命活動甚至生存。結(jié)果提示EL194_RS00675、EL194_RS04925、EL194_RS08050和EL194_RS08145可以作為新型藥物的潛在靶標(biāo)。

2.3 蛋白互作網(wǎng)絡(luò)中不同功能蛋白的分布

GO分析（Gene Ontologyanalysis）是一種常用的生物信息學(xué)分析方法，利用GeneOntology（GO）數(shù)據(jù)庫中的標(biāo)準(zhǔn)術(shù)語對基因或者蛋白質(zhì)進(jìn)行注釋，從而預(yù)測這些基因或者蛋白質(zhì)的功能和作用。

圖3紅斑丹毒絲菌DEAD/DEAHbox解旋酶的互作子網(wǎng)絡(luò)

通過GO功能分析，對紅斑丹毒絲菌蛋白相互作用網(wǎng)絡(luò)中互作度較高的前42個蛋白進(jìn)行功能分布分析，并對不同GO功能類別的蛋白個數(shù)進(jìn)行富集分析，從而確定互作度高的蛋白集中的功能類別和生物學(xué)過程，結(jié)果如圖4所示?；プ黝l率較高的功能蛋白主要與核糖體結(jié)構(gòu)、ATP結(jié)合、蛋白結(jié)合、DNA結(jié)合、核酸結(jié)合、細(xì)胞分裂和氧化還原酶活性等功能相關(guān)。核糖體是存在于原核和真核細(xì)胞中的一種復(fù)雜細(xì)胞器，由RNA和蛋白質(zhì)構(gòu)成，其主要功能是按照mRNA的指令將氨基酸合成蛋白質(zhì)多肽鏈。所有活細(xì)胞均依賴核糖體合成蛋白質(zhì)，一旦核糖體蛋白結(jié)構(gòu)受損，細(xì)胞正常的生命活動將受到嚴(yán)重影響。在紅斑丹毒絲菌蛋白互作網(wǎng)絡(luò)中，核糖體功能相關(guān)的蛋白數(shù)量最多，體現(xiàn)核糖體功能蛋白的重要性。DnaK、DnaJ和GroEL均屬于熱休克蛋白家族，參與多種細(xì)胞進(jìn)程。EL194_RS06045編碼I型DNA拓?fù)洚悩?gòu)酶，EL194_RS07900編碼DNA拓?fù)洚悩?gòu)酶IV亞基A。拓?fù)洚悩?gòu)酶與DNA拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變化的生命活動密切相關(guān)，如DNA的復(fù)制、轉(zhuǎn)錄和重組等，是生物體內(nèi)重要的酶類。

圖4紅斑丹毒絲菌蛋白相互作用網(wǎng)絡(luò)中不同功能蛋白的分布

3 小結(jié)與討論

蛋白-蛋白相互作用網(wǎng)絡(luò)展示了不同蛋白質(zhì)之間的互作關(guān)系以及這些相互作用的可能機(jī)制。近年來，病原微生物的耐藥性給病原菌的防控帶來了新的挑戰(zhàn)，挖掘新的有效的候選藥物靶標(biāo)顯得尤為重要?；プ鞯鞍捉M學(xué)研究是揭示致病相關(guān)信號通路和挖掘潛在藥物靶標(biāo)的重要工具[。隨著蛋白質(zhì)相互作用數(shù)據(jù)的不斷增加，許多細(xì)菌、真菌、支原體中蛋白互作網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)已逐漸清晰，然而紅斑丹毒絲菌蛋白相互作用網(wǎng)絡(luò)還未見報道。

蛋白相互作用網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建是挖掘新藥物靶標(biāo)的重要工具。本研究通過HPM方法構(gòu)建了紅斑丹毒絲菌的蛋白相互作用網(wǎng)絡(luò)，涉及330個蛋白和2113對相互作用關(guān)系。為保證網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建的準(zhǔn)確性，設(shè)定了序列覆蓋率和同源比對的E-value值14來綜合評價蛋白間的相互作用關(guān)系。研究表明，蛋白相互作用網(wǎng)絡(luò)中互作度高的蛋白相較于互作度低的蛋白更有可能成為藥物靶標(biāo)。事實(shí)上，互作度越高提示該蛋白在病原菌的生命活動中越重要。藥物往往是通過靶向某一特定蛋白或某一類蛋白，來抑制或阻斷與代謝、信號通路或物質(zhì)合成等相關(guān)的進(jìn)程，從而實(shí)現(xiàn)抑制微生物增殖的作用。當(dāng)然，蛋白的互作度低并非表示其功能是無關(guān)緊要的，可能這些蛋白在機(jī)體中起著其他獨(dú)特的作用，還有可能受到了預(yù)測方法和數(shù)據(jù)庫的限制。

DEAD/DEAHbox（DDX）家族蛋白是一類三磷酸腺苷依賴的RNA解旋酶，與宿主細(xì)胞的RNA剪接、轉(zhuǎn)錄調(diào)控、蛋白翻譯等多種生命活動密切相關(guān)。DEAD-box解旋酶家族成員具有識別RNA的能力，廣泛參與病原微生物感染宿主細(xì)胞后天然免疫應(yīng)答的調(diào)控[15]。天然免疫是抵抗病原微生物感染的重要防線，與病原微生物的早期識別和炎癥誘導(dǎo)息息相關(guān)[1。因此，解析DEAD-box解旋酶蛋白家族在病原微生物感染宿主過程中的作用機(jī)制具有重要的意義。本研究通過HPM的方法構(gòu)建了紅斑丹毒絲菌DEAD/DEAHbox解旋酶的互作子網(wǎng)絡(luò)（圖3），EL194_RS00675、EL194_RS04925、EL194_RS08050和EL194_RS08145都 編碼DEAD/DEAHbox解旋酶，這4個蛋白位于互作子網(wǎng)絡(luò)的外圍，能與分子伴侶蛋白（如EL194_RS02615、EL194_RS06315、EL194_RS06320等）、延長因子（如EL194_RS03105等）、核糖體結(jié)構(gòu)相關(guān)蛋白（如EL194_RS03090等）等發(fā)生相互作用，并且4個DEAD/DEAHbox解旋酶之間也能相互作用。推測這4個DEAD/DEAHbox解旋酶在紅斑丹毒絲菌生命活動中可能承擔(dān)類似的功能。另一方面，EL194_RS00675、EL194_RS04925、EL194_RS08050和EL194_RS08145的互作度較高，能與多種蛋白相互作用，若其功能受到抑制，將影響紅斑丹毒絲菌的生命活動甚至生存，提示這些蛋白可能是新的藥物潛在靶標(biāo)。綜上所述，本研究通過HPM方法構(gòu)建了紅斑丹毒絲菌蛋白相互作用網(wǎng)絡(luò)，蛋白互作網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建將有助于理解生物體尤其是病原微生物的各項生命活動進(jìn)程，并為新型藥物靶標(biāo)的挖掘提供理論依據(jù)。

參考文獻(xiàn)：

[1]朱偉峰，陳露，譚凱，等．豬丹毒絲菌GAPDH線性B細(xì)胞表 位預(yù)測與鑒定[J]．江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2021，49（22）：171-174.

[2]MORIMOTO M，KATO A，KOJIMA H，et al. Serovars and SpaA types of Erysipelothrix rhusiopathiae isolated from pigs in Japan from 2012 to 2019[J]. Current microbiology，2021，78（1）：55-66.

[3]ROSTAMIAN M，RAHMATI D，AKYA A. Clinical manifestations，associated diseases，diagnosis，and treatment of human infections caused by Erysipelothrix rhusiopathiae：A systematic review [J].Germs，2022，12（1）：16-31.

[4]WU C，LV C，ZHAO Y，et al. Characterization of Erysipelothrix rhusiopathiae isolates from diseased pigs in 15 Chinese provinces from 2012 to 2018[J].Microorganisms，2021，9（12）： 2615.

[5]張瑞華，任丹寧，高善頌，等.豬丹毒桿菌的分離鑒定及藥敏試驗(yàn) 研究［J].山東農(nóng)業(yè)科學(xué)，2021，53（10）：123-127.

[6]魏文濤，姚焱彬，劉全喜，等.2012—2015年江淮地區(qū)豬丹毒桿 菌分離株血清型、spaA基因遺傳進(jìn)化及及PFGE基因型分析[J]. 微生物學(xué)通報，2017，44（3）：664-672.

[7]李一經(jīng)．獸醫(yī)微生物學(xué)[M].北京：高等教育出版社，2011.

[8]董建斐，虞一聰，裘賢平，等．豬丹毒的病原學(xué)診斷及藥敏試 驗(yàn)[J]．浙江畜牧獸醫(yī)，2018，43（6）：30-32.

[9]BALOOTAKI PA，AMIN M，HAGHPARASTI F，et al. Isolation and detection of Erysipelothrix rhusiopathiaeand its distribution in humans and animals by phenotypical and molecular methods in Ahvaz-Iran in 2015［J]. Iranian journal of medical sciences，2017， 42：377-383.

[10]DING Y， ZHU D， ZHANG J，et al. Virulence determinants，antimicrobial susceptibility，and molecular profiles of Erysipelothrix rhusiopathiae strains isolated from China[J].Emerg Microbes Infect，2015，4：e69.

[11] CUI T，ZHANG L，WANG X，et al. Uncovering new signaling proteins and potential drug targets through the interactome analysis of Mycobacterium tuberculosis[J].BMC genomics，2009，10： 118.

[12] ALTSCHUL SF，MADDEN TL，SCHAFFER A A，et al. Gapped BLAST and PSI-BLAST：A new generation of protein database search programs[J].Nucleic Acids Res，1997，25：3389-3402.

[13] SHANNON P，MARKIEL A，OZIER O，et al. Cytoscape：A software environment for integrated models of biomolecular interaction networks[J]. Genome Res，2003，13：2498-2504.

[14] ZHAXYBAYEVA O，GOGARTEN JP. Bootstrap， Bayesian probability and maximum likelihood mapping： Exploring new tools for comparative genome analyses[J].BMC genomics，20o2，3：4.

[15］許淑娟，謝晶瑩，馮若飛，等.DEAD-box RNA 解旋酶家族在天 然免疫應(yīng)答信號通路中的作用[J].微生物學(xué)報，2021，61（3）： 587-595.

[16] HEATON S M， ATKINSON S C， SWEENEY M N，et al. Exportin-1-dependent nuclear export of DEAD-box helicase DDX3X is central to its role in antiviral immunity[J].Cells，2019，8（10）： 1181.

（責(zé)任編輯屠晶）