兩歧雙歧桿菌PRL2010細胞壁蛋白預測和功能分析

朱德全 王茗悅 張躍華 姚嘉 韓誠武 盧偉 欒積毅 邢蕾 劉向東

摘要[目的]運用生物信息學方法預測兩歧雙歧桿菌PRL2010錨定于細胞壁的蛋白和功能分析，為后續研究該菌與宿主相互作用的分子機制奠定基礎。[方法]用Phobius和SignalP 4.0軟件對兩歧雙歧桿菌PRL2010全基因組編碼蛋白中細胞壁蛋白進行預測，同時采用COG（Cluster of Orthologous Groups of proteins）功能數據庫對預測的細胞壁蛋白進行功能注釋和聚類分析。[結果]兩歧雙歧桿菌PRL2010基因組1 706個編碼蛋白中，28個蛋白含有細胞壁的錨定結構域。細胞壁蛋白功能分析結果顯示，28個細胞壁蛋白中，21個蛋白沒有功能注釋，7個蛋白有功能注釋，其中1個蛋白（exoalphasialidase）參與碳水化合物代謝與轉運，2個蛋白（bacteriophage endolysin和cell wallassociated protein）參與細胞壁和細胞膜的生物合成，2個蛋白（hypothetical protein BBPR_0440和Subtilisin family peptidase）參與蛋白質翻譯后修飾，1個蛋白（betanacetylhexosaminidase NagZ）參與細胞內運輸、分泌和囊泡運輸，1個蛋白（metallophosphoesterase）功能只是預測的。[結論]兩歧雙歧桿菌PRL2010的大多數細胞壁蛋白功能未知，還需要在以后的研究中進一步分析和注釋。

關鍵詞兩歧雙歧桿菌；基因組；細胞壁蛋白；功能

中圖分類號S188+.2文獻標識碼A文章編號0517-6611（2017）09-0129-03

Prediction and Functional Analysis of Cell Wall Proteins of Bifidobacterium bifidum PRL2010

ZHU Dequan1， WANG Mingyue2， ZHANG Yuehua1， LIU Xiangdong3* et al

（1.College of Science， Jiamusi University， Jiamusi， Heilongjiang 154007；2.College of Life Science， Jiamusi University， Jiamusi， Heilongjiang 154007；3.College of Mechanical Engineering， Jiamusi University， Jiamusi， Heilongjiang 154007）

Abstract[Objective]The genome sequences of Bifidobacterium bifidum PRL2010 were used to predict the cell wall proteins and functional analysis， which will provide the basis for molecular mechanisms of interaction between bacteria with their host. [Method] Phobius and SignalP 4.0 softwares were used to analyze the cell wall proteins. Function of cell wall proteins was also analyzed by COG （Cluster of Orthologous Groups of proteins） database. [Result] There were 28 cell wall proteins which possessed cell wall motif from 1 706 proteins coded by B. bifidum PRL2010 genome.Function analysis revealed that the strain contains 21 cell wall proteins without function annonation.There were 7 proteins that having function annonation which involved in metabolism and transport of carbohydrate（1 protein： exoalphasialidase）， cell wall/membrane biosynthesis （2 proteins： bacteriophage endolysin and cell wallassociated protein）， posttranslational modification （2 proteins： hypothetical protein BBPR_0440 and Subtilisin family peptidase）， intracellular trafficking，secretion and vesicular transport（1 protein： betanacetylhexosaminidase NagZ），function prediction（1 protein： metallophosphoesterase）. [Conclusion] Function of most cell wall proteins of B. bifidum PRL2010 was unknown， which need to be researched and annotated in the future research.

Key wordsBifidobacterium bifidum；Genome；Cell wall proteins；Function

兩岐雙歧桿菌PRL2010最早分離于嬰兒糞便中，具有抑制腸道致病菌黏附[1]，降低血清膽固醇[2]，調節宿主免疫[3]，調整腸道菌群[2]等益生作用，能夠降解宿主衍生的黏蛋白[3-4]的獨特特征。兩岐雙歧桿菌PRL2010作為一種革蘭氏陽性菌，菌體最外含有一層較厚的細胞壁，主要是由肽聚糖和磷壁酸組成。在細胞壁的外周有時錨定有蛋白質，這些蛋白質通過特殊的結構錨定在細胞壁上，如含有LPxTG結構的區段、LysM、PG等區域，由于細胞壁蛋白處于菌體的外層，在適應外界環境和與宿主細胞之間發生相互作用方面，具有重要的作用。

Turroni[4]于2010年完成了該菌株全基因組測序和功能注釋，該菌株1 791個基因，1 706個編碼蛋白[4]。該菌株全基因組序列的完成，使該菌株的研究進入功能基因組學時代[5]。由于細胞壁蛋白具有特殊的序列結構，可以通過生物信息學的方法預測分析這類蛋白。如孫理云[6]采用生物信息學方法對2型豬鏈球菌98HAH33細胞壁結合蛋白進行了分析，結果有9種LPxTG結構分選酶底物、2種具有LysM域的蛋白。但目前針對雙歧桿菌大規模地分析鑒定細胞壁蛋白鮮見報道。筆者用Phobius（http：//phobius.binf.ku.dk/）、SignalP 4.0、COG功能數據庫分析兩歧雙歧桿菌PRL2010的細胞壁蛋白和功能[7]。

1材料與方法

1.1材料

美國國立生物技術信息中心（NCBI）GenBank公布的兩歧雙歧桿菌PRL2010的基因組編碼的蛋白質序列，GenBank 的登錄號是NC_014638.1。

1.2方法

利用Phobius（http：//phobius.binf.ku.dk/）鑒定出含有LPxTG基序的蛋白質，SignalP 4.0 軟件（http：//www.cbs.dtu.dk/services/SignalP）對兩岐雙歧桿菌PRL2010基因組蛋白的信號肽進行分析。采用COG（http：//eggnog.embl.de/）功能數據庫對分析得到的細胞壁蛋白進行功能注釋，同時進行聚類分析。

2結果與分析

2.1兩歧雙歧桿菌PRL2010基因組細胞壁蛋白分析

該研究使用生物信息學方法對兩歧雙歧桿菌PRL2010基因組中的1 706個編碼蛋白進行細胞壁蛋白分析，結果見表1。

兩歧雙歧桿菌PRL2010基因組1 706個編碼蛋白中，28個蛋白含有細胞壁的錨定結構域，其中含有LPxTG錨定基序的蛋白有23個，含有LysM基序的蛋白有2個，含有NLPC_P60基序的蛋白有2個，含有PG錨定基序的蛋白有2個。

2.2兩歧雙歧桿菌PRL2010基因組細胞壁蛋白功能分析

28個細胞壁蛋白的功能分析結果表明，21個蛋白沒有COG功能注釋，沒有具體的功能注釋，這些蛋白的功能在以后還需要進一步的研究和分析；7個蛋白有功能注釋，其中1個蛋白（exoalphasialidase）參與碳水化合物代謝與轉運，該蛋白是一個酶，主要催化低聚糖、糖蛋白、糖脂、多聚乙酰神經氨糖酸的末端唾液酸殘基α糖苷鍵的水解；2個蛋白（bacteriophage endolysin和cell wallassociated protein）參與細胞壁和細胞膜的生物合成；2個蛋白（hypothetical protein BBPR_0440和Subtilisin family peptidase）參與蛋白質翻譯后修飾，1個蛋白（betanacetylhexosaminidase NagZ）參與細胞內運輸、分泌和囊泡運輸。還有1個蛋白（metallophosphoesterase）只是預測的功能。兩歧雙歧桿菌PRL2010細胞壁蛋白功能聚類分析結果如圖1所示。

3結論

細菌細胞壁蛋白是通過特殊的結構錨定在細胞壁上，由于細胞壁蛋白處于菌體的外層，在適應外界環境和與宿主細胞之間發生相互作用方面，具有重要的作用[6]。但由于該類蛋白處于較厚的細胞壁之間，具有疏水性區域，分離和鑒定相對較困難，傳統的電泳方法不能完全鑒定這類蛋白[8-9]。越來越多的雙歧桿菌菌株基因組測序的完成，使得以基因組序列為對象采用生物信息學方法分析細胞壁蛋白成為可能[5]。兩歧雙歧桿菌具有獨特的黏蛋白降解特性和多種益生功能，該研究以兩歧雙歧桿菌的代表菌株PRL2010為對象，采用生物信息學方法對該菌的細胞壁蛋白進行預測和功能分析。分析發現1 706個編碼蛋白中，28個蛋白含有細胞壁的錨定結構域。功能分析結果顯示，28個細胞壁蛋白中，21個蛋白沒有功能注釋。該方法具有系統性、整體性等特點，與傳統的蛋白質組學方法互為補充。大多數細胞壁蛋白功能未知，還需要在以后的研究中進一步分析和注釋。

參考文獻

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