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生物技术通报
BIOTECHNOLOGY BULLETIN 2012年第8期
衣原体（Chlamydia）是专性在真核细胞内寄
生、介于细菌与病毒之间、革兰氏染色为阴性的一
类微生物［1］。衣原体科可分衣原体属和嗜衣原体
属，其中羊流产嗜衣原体（Chlamydophila abortus）
是流产嗜衣原体种内引起山羊流产的株系，此前一
直被称为鹦鹉热衣原体血清Ⅰ型，是羊地方性流产
（ovine enzootic abortion，OEA）的病原［2，3］。自 1950
年 Stamp 等［4］首次在苏格兰报道 OEA 以来，相继
在欧洲、亚洲、非洲、澳大利亚和美国等多个国家
和地区报道了该病的发生。
收稿日期 : 2012-02-13
基金项目 : 贵州省农业攻关项目（黔科合 NY 字［2011］3105 号）, 贵州省科技基金项目（黔科合 J 字［2010］2108 号） , 贵州省重大科技专项（黔
科合重大专项字［2011］6009 号）, 贵州省重点实验室项目（黔科合计 Z 字［2011］4008 号）
作者简介 : 龙冲冲 , 男 , 硕士研究生 , 研究方向 : 兽医免疫学 ; E-mail: 215367654@qq.com
通讯作者 : 文明 , 男 , 博士 , 教授 , 研究方向 : 兽医分子免疫学 ; E-mail: as.mwen@gzu.edu.cn
羊流产嗜衣原体 ompA基因克隆及生物信息学分析
龙冲冲1 江楠1 彭中友2 龙胜基3 罗意1 周碧君1， 4 文明1， 4
（1 贵州大学动物科学学院，贵阳 550025 ；2 华南农业大学动物科学学院，广州 510642 ；3 贵州大学精细化工研究开发中心，贵阳 550025 ；
4 贵州省动物疫病研究室，贵阳 550025）
摘 要： 分析羊流产嗜衣原体 ompA基因结构并预测其编码蛋白的结构和功能。 采用 DNA Star、DNA MAN、vector NTI suite
11.5序列分析软件和在线网站 ExPASy分析该基因的结构和预测其编码蛋白的理化性质、亚细胞定位、一级结构修饰位点、二级结构
特征及三维空间构象、潜在抗原表位等。结果显示，该基因全长 1 170 bp，可编码 389个氨基酸，编码蛋白理化性质较稳定，无各
种亚细胞定位序列，含有多个能被其他酶修饰的位点，该蛋白以无规则卷曲为主，大部分氨基酸残基包埋在分子内部，含 5个跨膜区，
3个亲水性较强的抗原表位。ompA基因生物信息学分析结果为 ompA蛋白功能的深入研究和新型多价疫苗的开发提供了基础数据。
关键词： 羊流产嗜衣原体 ompA基因 生物信息学分析
Cloning and Bioinformatics Analysis of the ompA Gene from
Goat Chlamydophila abortus
Long Chongchong1 Jiang Nan1 Peng Zhongyou2 Long Shengji3 Luo Yi 1 Zhou Bijun1， 4 Wen Ming1， 4
（ 1College of Animal Science，Guizhou University，Guiyang 550025；2College of Animal Science，South China Agriculture University，
Guangzhou 510642；3Fine Chemical Research and Development Center，Guizhou University，Guiyang 550025；4Laboratory for Animal
Epidemic Disease of Guizhou Province，Guiyang 550025 ）
Abstract: It was to analyze and predict the structural characteristics of ompA from goat Chlamydophila abortus by bioinformatics. By
using the bioinformatics tools in bioinformatics webs as ExPASy and the others particular packages of bioinformatics software as DNA Star, DNA
MAN and vector NTI suite 11.5, then the characteristics of structure and function of ompA protein were analyzed and predicated, including
physical and chemical characteristics, modified sites and motifs in first structure, subcellular location, secondary structure and formation in three
dimension space, potential epitopes. Results showed that the full-length of the gene was 1 170 bp that encoded a putative protein with 389 amino
acids. The protein deduced from the gene was stable at physical and chemical characteristics, no sequence for subcellular location, owning many
potential modified sites, dominating by random coil, embeding within the molecular for most amino acid residues, five over-membrane region and
three major linear epitope. Supporting that the bioinformatics would be a promising candidate for further research of ompA protein and design
multiepitope-base vaccine of goat Chlamydophila abortus.
Key words: Goat Chlamydophila abortus ompA gene Bioinformatics
生物技术通报 Biotechnology Bulletin 2012年第8期114
C. abortus基因组为 1.14 Mb 大小的双链 DNA，
含 961 个编码区，其中编码的 40 kD 主要外膜蛋白
（major outer membrane protein，ompA）占外膜蛋白的
60% 以上，是一种多功能蛋白，在衣原体感染方面
是粘附真核细胞的工具，在衣原体摄取 ATP 过程起
离子通道作用［3， 5， 6］。ompA 蛋白由 4 个可变区镶嵌
于高度保守的 5 个保守区内，4 个可变区编码 4 个
暴露于膜外的结构域，是衣原体的主要免疫抗原，
有属特异性抗原表位，具有良好的免疫原性，在不
同血清型、种和属间有较高的同源性，且能刺激动
物机体产生中和抗体。 ompA 蛋白上还有 T 辅助细
胞的结合位点，用其制成的疫苗可对多种血清型和
亚型衣原体产生保护性免疫 ［7-10］。 因此，ompA 蛋
白成为最有希望用于研制疫苗的抗原成分，但其生
物学功能至今尚未完全清楚。本研究对羊流产嗜衣
原体 ompA 基因及其编码蛋白进行生物信息学分析，
以期为今后 ompA 基因体外表达、新型疫苗设计及
衣原体致病机理阐明等提供参考。
1 材料与方法
1.1 材料
羊流产嗜衣原体 GZ 株和大肠埃希菌 DH5α，由
贵州省动物疫病研究室保存 ；pMD18-T vector，购自
大连宝生物公司 ；DNA 提取试剂盒、质粒提取试剂
盒、Taq酶、dNTP、DNA Marker 等，购自北京天根
公司 ；Gel Extraction Kit （50×）胶回收试剂盒，购
自 OMEGA 公司 ；其他试剂均为分析纯。
1.2 方法
1.2.1 ompA基因引物设计 参考GenBank上 C. abo-
rtus ompA 基因序列（登录号 ：AJ440239.1），利用
Premier5.0 软件设计 ompA 基因引物，即 P1/P2（5-
ATGAAAAAACTCTTGAAATCG-3/5-TTAGAATC-
TGAATTGAGCA-3，预期扩增大小为 1 170 bp），由
上海生工有限责任公司合成。
1.2.2 ompA 基因克隆及其同源性分析 复苏羊流产
嗜衣原体 GZ 株，利用试剂盒提取总 DNA，以上述
P1/P2 引物进行 PCR 扩增目的基因，Gel Extraction
Kit 回收纯化，与 pMD18-T vector 连接，转化 DH5α，
经 PCR 鉴定后，送至北京诺赛基因组研究中心测序；
然后应用 DNA Star 软件进行该基因的核苷酸及其氨
基酸同源性分析。
1.2.3 ompA 生物信息学分析 利用 ProtParam（http：//
web.expasy.org/protparam）在线软件预测该基因编码
蛋白的理化性质，TopPred（http ：//mobyle.pasteur.
fr/cgi-bin/portal.py?#forms：：toppred）预测其跨膜结构
区，Motifscan（http ：//myhits.isb-sib.ch/cgi-bin/motif_
scan）预测其一级结构修饰位点及模序，TargetP
（http ：//www.cbs.dtu.dk/services/TargetP）分析其亚细
胞定位序列，SignaIP（http：//www.cbs.dtu.dk/services/
SignaIP）预测其信号肽序列，InterProScan（http ：//
www.ebi.ac.uk/Tools/pfa/iprscan）扫描其功能与结构
域，PredictProtein（http ：//www.predictprotein.org/）
预测其拓扑结构 ；DNA MAN 软件包预测其抗原决定
簇；Swiss-model（http：//swissmodel.expasy.org/）模拟
其三维结构。
2 结果
2.1 ompA基因PCR扩增及重组质粒鉴定
PCR 扩增产物经琼脂糖凝胶电泳可见大小约
1 170 bp 的片段，而阴性对照无条带（图 1）；对提
取的重组克隆质粒进行 PCR 鉴定，初步证明目的基
因克隆至 pMD18-T 中（图 2）。
图 1 ompA基因 PCR扩增结果
M. DNA 分子质量标准 ；1. 阴性对照 ；2. ompA 基因 PCR 产物
图 2 TA克隆质粒 PCR鉴定结果
M. DNA 分子质量标准 ；1-3. TA 克隆质粒
2012年第8期 115龙冲冲等 ：羊流产嗜衣原体 ompA 基因克隆及生物信息学分析
2.2 ompA基因序列比对分析
将测序序列和 GenBank 登录的其他分离株流产
嗜衣原体 ompA 基因序列进行核苷酸和氨基酸序列
同源性比较发现，核苷酸序列同源性达 88.9% 以上，
氨基酸序列同源性达 90.2% 以上，说明各分离株流
产嗜衣原体 ompA 基因保守性较高（表 1）。
表 1 ompA基因同源性分析
编号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 GenBank 登录号
核苷酸相似性（%）
1 99.8 99.7 99.8 99.8 99.8 100.0 99.9 89.5 99.9
2 99.7 99.6 99.7 99.7 99.7 99.8 99.7 89.3 99.7 EF202609.1
3 99.5 99.7 99.9 99.9 99.9 99.7 99.7 89.3 99.7 DQ471955.1
4 99.2 99.5 99.2 100.0 100.0 99.8 99.7 89.4 99.7 DQ227703.1
5 99.5 99.7 99.5 99.7 100.0 99.8 96.7 88.9 99.7 DQ478954.1
6 99.5 99.7 99.5 99.7 100.0 99.8 99.7 89.4 99.7 DQ227703.1
7 99.5 99.7 99.5 99.7 100.0 100.0 99.9 89.5 99.9 AJ440239.1
8 99.7 100.0 99.7 99.5 99.7 99.7 99.7 88.9 94.4 AF269256.1
9 100.0 99.7 99.5 99.2 99.5 99.5 99.5 99.7 89.0 EU531729.1
10 90.2 90.3 90.2 90.2 90.5 90.5 90.5 90.5 90.2 M73036.1
氨基酸相似性（%）
2.3 ompA基因编码蛋白生物学特征
2.3.1 理化性质 羊流产嗜衣原体 GZ 株 ompA 理
论分子量是 41.982 5 kD，等电点是 7.54 ；含有 7 个
半胱氨酸，假设形成 3 对二硫键，则该蛋白在水溶
液中 280 nm 处的摩尔消光系数为 73 255 M-1 cm-1 ，
0.1% 浓度（即蛋白浓度为 1 g/L）吸光系数（Abs）
为 1.745 ；当二硫键全部打开，对应值为 72 880 M-1
cm-1 和 1.736。当成熟肽 N 端的一个氨基酸为蛋氨酸
时，在哺乳动物网状红细胞体外表达的半衰期为 30
h，在酵母和大肠杆菌中体内表达的半衰期分别大于
20 h 和 10 h。在溶液中的不稳定指数为 20.59，低于
阈值 40，表现为在溶液中性质稳定。脂肪族指数为
86.46，总亲水性为 0.045，蛋白质总体疏水性较高。
2.3.2 跨膜结构 应用 TopPred 对 ompA 进行跨膜结
构预测，结果（图 3）显示，ompA 蛋白为具有 5 个
跨膜螺旋的膜蛋白 ：从内膜到外膜的跨膜区为 7-26
和 144-166 ；外膜到内膜的跨膜区为 4-22、143-165
和 270-287。
2.3.3 翻译后修饰位点 Motifscan 分析结果显示，
ompA 蛋白含有 3 个可能的糖基化位点，即 79-82、
288-291 和 312-315；5 个潜在的酪蛋白激酶Ⅱ（CK2）
磷酸化位点，即 38-41、53-56、99-102、325-328
和 360-363 ；6 个潜在的蛋白激酶 C（PKC）磷酸
化 位 点， 即 59-61、101-103、262-264、275-277、
330-332 和 349-351 ；10 个潜在的 N-肉豆蔻酰位点，
即 15-20、86-91、139-144、159-164、174-179、
193-198、251-256、271-276、286-291 和 354-359。
2.3.4 亚细胞定位 TargetP 和 SignalP 分析显示，
ompA 蛋白 N 端 1-22 个氨基酸具有分泌型信号肽特
征，未发现线粒体、质体、过氧化酶体等亚细胞定
位序列。信号肽预测见图 4。
图 3 ompA蛋白跨膜结构
生物技术通报 Biotechnology Bulletin 2012年第8期116
2.3.5 蛋白结构域 InterPro Scan 扫描（图 5）发现，
ompA 蛋白含有一段信号肽序列和 6 个外膜蛋白结构
域，外膜蛋白结构域位于 36-55、63-80、127-146、
199-218、265-284 和 345-367 aa 处。
2.3.6 蛋白拓扑结构 PredictProtein 预测发现，该
蛋白 α-螺旋（H）、β-折叠（E）和无规则卷曲（L）
的比例为 27.25 21.59 51.16，提示该蛋白以无规则
卷曲为主 ；暴露氨基酸（e）与包埋氨基酸（b）的
比例为 38.05 61.95，表明大部分氨基酸残基包埋在
分子内部，即在水溶液中该蛋白质可折叠成结构致
密的球状分子。
2.3.7 蛋白抗原表位 DNA MAN 分析显示，ompA
蛋 白 含 有 16 个 潜 在 抗 原 表 位， 其 中 262-287、
146-174、350-364 三个表位分值最高，可能是流产
嗜衣原体 ompA 蛋白的 B 细胞表位优势区（表 3）。
2.3.8 蛋白三维结构 通过 Swiss-model 模拟和
vector NTI suite 打开，羊流产嗜衣原体 GZ 株 ompA
蛋白的三维结构如图 6 所示。
图 4 ompA蛋白信号肽预测
图 5 ompA蛋白结构域
表 3 ompA蛋白抗原肽分布
序号 氨基酸起始位置 潜在抗原肽序列 分值
1 262-287 TIKYHEWQVGLALSYRLNMLVPYIGV 1.181
2 146-174 KASSAAFNLVGLIGVKGSSIAADQLPNVG 1.167
3 350-364 RKACGVAVGATLIDA 1.159
4 221-236 MLNVVSSPAQFVVHKP 1.158
5 65-79 YGDYVFDRVLKVDVN 1.153
6 4-28 LLKSALLFAATGSALSLQALPVGNP 1.148
7 298-313 AIRIAQPKLAAAVLNL 1.144
8 198-216 LWECGCATLGAEFQYAQSN 1.144
9 133-139 DIFCTLG 1.110
10 45-63 GDPCDPCSTWCDAISIRAG 1.106
11 334-343 ADFLQIASIQ 1.105
12 242-249 TAFPLPLT 1.099
13 121-127 AAFLALN 1.092
14 30-36 EPSLLID 1.092
15 107-115 AYGKHLQDA 1.077
16 176-183 TQGIVEFY 1.075
2012年第8期 117龙冲冲等 ：羊流产嗜衣原体 ompA 基因克隆及生物信息学分析
3 讨论
近年来，通过用生物信息学和序列分析软件的
预测，可获取基因和所编码蛋白质中蕴含的重要信
息，如蛋白质的理化性质（分子量、等电点、半衰
期、稳定性），各种亚细胞的定位信号，翻译后的修
饰位点和功能域等，从而制定合理的克隆表达策略，
选择合适的表达载体，获取有生物活性的重组蛋白。
用生物信息学软件对目的基因进行各种功能和结构
的分析已成为基因组学和蛋白质组学的研究手段之
一。衣原体 ompA 蛋白作为衣原体研究的热点，国
内外学者不仅对 ompA 基因进行了同源性比较［11， 12］，
而且先后对猪源、奶牛源流产嗜衣原体 ompA 基因
进行了原核表达［13-15］。但至今未见到有关流产嗜衣
原体ompA基因和蛋白结构的生物信息学分析报道。
衣原体是一种依赖活细胞寄生的微生物，本身
缺乏代谢所需的能量，必须利用宿主细胞的 ATP 和
中间代谢产物作为能量来源。ompA 蛋白在衣原体
能量交换中起离子通道作用［6， 16］。ompA 蛋白是原
生体（EB）时期产生的在感染宿主时吸附于细胞膜
的一种结构蛋白，通过一级结构分析表明该蛋白含
有 7 个半胱氨酸，二硫键使其形成网状结构，可增
强外膜结构的抗机械能力和稳定渗透压。研究表明，
这 7 个半胱氨酸在种与种之间都保持恒定，是衣原
体中的保守片段，ompA 蛋白之间和 ompA 蛋白与其
他膜蛋白之间形成广泛的二硫键使缺乏肽聚糖结构
的衣原体连成一个整体，在维持衣原体结构的完整
性中起重要作用，但由于衣原体原生体（EB）外膜
蛋白中存在着大量交联的二硫键，使得物质难以通
过外膜，但当 EB 转为网状体（RB）后，二硫键发
生改变，膜通透性增强，营养物质输送增加，从而
更有利于衣原体的繁殖［12， 17， 18］。跨膜结构预测显
示，ompA 含 5 个跨膜区，N 端和 C 端面向周浆间隙，
可变区具有亲水性，4 个可变区环位于表面，易于
抗体结合，另有 3 个环面向周浆间隙，4 个可变区
均位于外膜。二级结构分析发现，与其他阴性菌如
大肠杆菌外膜蛋白在氨基酸组成上极为相似，表现
在 ompA 占外膜总蛋白的 60% 以上而大肠杆菌外膜
蛋白占细胞膜的 50% 左右 ；ompA 分子质量为 41 kD
而大肠杆菌外膜蛋白为 37 kD ；ompA 中疏水氨基酸
含量为 48.6% 而大肠杆菌外膜蛋白为 40.4%。以上
数据提示流产嗜衣原体 ompA 蛋白极有可能成为自
身的跨膜通道 - 孔蛋白。
4 结论
本研究利用 ExPASy 分析表明，该蛋白分子量
为 41.982 5 kD，等电点为 7.54，在原核和真核表达
系统半衰期长、在水溶液中稳定性较高，适合基因
工程表达。亚细胞分析表明，该蛋白前 22 个氨基酸
残基具有分泌信号肽定位序列，未发现线粒体、质体、
过氧化酶体等亚细胞定位序列。跨膜分析表明有５
个跨膜区，为跨膜蛋白。利用 DNA MAN 软件包中
的蛋白质抗原肽分析发现，ompA 蛋白中 262-287，
146-174，350-364 三个肽段分值最高，提示这 3 个
区段可能是流产嗜衣原体 ompA 蛋白的 B 细胞表位
优势区，有一定参考价值。但由于表位特别是构象
表位，主要通过三维结构来体现其抗原性，而生物
信息学分析软件则是根据氨基酸序列及其二级结构
预测。因此，该预测结果只能作为鉴定羊流产嗜衣
原体 ompA 潜在表位的参考。
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（责任编辑 李楠）