青春雙歧桿菌ATCC15703 I型Sec途徑分泌蛋白的預(yù)測和功能分析

朱德全 周金影 張躍華 張武

摘要[目的]對青春雙歧桿菌分泌蛋白進行預(yù)測和功能分析，為分析該菌胞外蛋白的分泌機制和功能打下基礎(chǔ)。[方法]以青春雙歧桿菌代表菌株ATCC15703基因組編碼蛋白序列為研究對象，采用 SignalP 4.0和TMHMM 2.0 軟件分析該菌株的I型Sec途徑分泌蛋白，同時采用COG功能數(shù)據(jù)庫（Cluster of Orthologous Groups of proteins）對預(yù)測的這類分泌蛋白進行功能分析。[結(jié)果]青春雙歧桿菌ATCC15703的1 648個蛋白中有91個被I 型（Spase I）信號肽酶識別的I型Sec途徑分泌蛋白，分泌蛋白的信號肽長度最大的有54個氨基酸，最小的有11個氨基酸。I 型Sec途徑分泌蛋白的功能分析結(jié)果顯示，分泌蛋白主要參與碳水化合物代謝與轉(zhuǎn)運，氨基酸代謝與轉(zhuǎn)運，復(fù)制、重組和修復(fù)，以及無機離子代謝和轉(zhuǎn)運。[結(jié)論]青春雙歧桿菌I型Sec途徑分泌蛋白的預(yù)測和功能分析為了解該菌胞外蛋白的分泌機制提供了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞青春雙歧桿菌；基因組；分泌蛋白；Sec分泌途徑；信號肽

中圖分類號R151.3文獻標(biāo)識碼A文章編號0517-6611（2017）12-0136-03

Abstract[Objective]To lay the foundation for understanding secretion mechanisms and function of the extracellular proteins of Bifidobacterium adolescentis by the study of this strains secretory proteins.[Method]Taking B. adolescentis ATCC15703 genome sequence as objects， SignalP 4.0， TMHMM 2.0 softwares were used to analyze the type I Sec pathway secretory proteins and characteristic of signal peptides. Function of these secretory proteins was also analyzed by COG database （Cluster of Orthologous Groups of proteins）. [Result]There had 91 proteins which were secreted by type I Sec pathway. Maximum length of their signal peptide was 54 aa and minimum length was 11 aa. These proteins with annotation of COG functions were mainly involved in metabolism amd transport of carbohydrate，amino acid inorganic ion as well as replication， recombination and repair.[Conclusion]The prediction and function analysis of secretory proteins of type 1 Sec pathway in B. adolescentis provide data for understanding secretion mechanisms of bacterial extracellular proteins.

Key wordsBifidobacterium adolescentis；Genome；Secretory proteins；Sec secretion pathway；Signal peptide

雙歧桿菌是一種專性厭氧、不運動、無芽孢的革蘭氏陽性桿菌。它是在健康人腸道內(nèi)數(shù)量占優(yōu)勢的一種細菌，具有一系列特殊的生理保健功能，與人類的許多病理、生理關(guān)系密切[1]。分泌蛋白是在細胞內(nèi)合成后，跨過細胞膜分泌到細胞外發(fā)揮相應(yīng)作用的蛋白質(zhì)。雙岐桿菌的分泌蛋白在介導(dǎo)菌體與宿主細胞黏附定殖、與外界環(huán)境相互作用方面起著重要作用[2]。Sec途徑是細菌蛋白分泌到細胞外常見的分泌方式，包括由Spase I肽酶識別的I型和Spase II 肽酶識別的II型，其中I型是Sec分泌途徑最普遍的分泌方式。

Moon[3]利用雙向電泳分析了假小鏈雙歧桿菌（Bifidobacterium pseudocatanulatum BP1）的分泌蛋白。目前對基因組分泌蛋白的分析主要集中在病原菌方面[4-6]，王玉飛等[4]對羊布魯氏菌的分泌蛋白質(zhì)組進行了分析。但關(guān)于青春雙歧桿菌（B.adolescentis）分泌蛋白基因組的預(yù)測和分析鮮見報道。

通過對分泌蛋白的預(yù)測和功能分析將為了解該菌胞外蛋白的分泌機制和菌體與外界環(huán)境相互作用的分子機制奠定基礎(chǔ)。

筆者以青春雙歧桿菌的代表菌株ATCC15703全基因組序列為研究對象，用 SignalP 4.0、TMHMM 2.0軟件分析該基因組中的I型Sec途徑分泌蛋白，同時采用COG數(shù)據(jù)庫對預(yù)測的分泌蛋白進行功能注釋和聚類分析，以進一步了解該菌的生理功能與生長特性。

1材料與方法

1.1材料

下載青春雙歧桿菌ATCC15703的基因組序列，GenBank 的登錄號是NC_008618.1。

1.2方法

1.2.1I型Sec分泌蛋白的預(yù)測分析。

Sec途徑分泌蛋白包括具有Spase I肽酶識別的I和Spase II 肽酶識別的II型Sec分泌蛋白。利用SignalP 4.0 軟件（http：//www.cbs.dtu.dk/services/SignalP）分析I型Sec途徑的分泌信號肽，同時采用TMHMM 2.0 軟件（http：//genome.cbs.dtu.dk/services/TMHMM/）對含有I型Sec途徑信號肽的蛋白進行跨膜螺旋結(jié)構(gòu)域分析，對于沒有跨膜螺旋或只有1個跨膜螺旋的蛋白歸類為I型途徑Sec分泌蛋白。

1.2.2

I型Sec途徑分泌蛋白信號肽和功能分析。

統(tǒng)計Spase I肽酶識別的I型Sec途徑分泌蛋白信號肽，分析它們的序列特征。同時采用COG（http：//eggnog.embl.de/）功能數(shù)據(jù)庫對分析得到的I型Sec途徑分泌蛋白質(zhì)進行功能注釋分析。

2結(jié)果與分析

2.1青春雙歧桿菌ATCC15703 I型Sec途徑分泌蛋白分析

對青春雙歧桿菌ATCC15703基因組中的1 648個蛋白進行預(yù)測分析，I型Sec途徑分泌蛋白有91個，占總蛋白的5.6%，結(jié)果見表1。

2.2青春雙歧桿菌ATCC15703 Ⅰ型Sec途徑分泌蛋白功能分析

通過I類Sec途徑分泌蛋白一共有91個，其中有2個蛋白（BAD__1632和BAD_1642）沒有蛋白注釋信息和COG功能注釋，另外還有28個蛋白沒有COG功能注釋。這些分泌蛋白中信號肽長度最多的有54個氨基酸，最少的有11個氨基酸，共有假定蛋白24個，其占整個I類Sec途徑分泌蛋白的26.4%，在有功能注釋的蛋白中，主要負責(zé)蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)運。在I類Sec途徑分泌蛋白中有ABC轉(zhuǎn)運蛋白10個，其占整個I類Sec途徑分泌蛋白的11.0%。此類蛋白主要在細胞膜上參與碳水化合物、氨基酸、無機離子的轉(zhuǎn)運和代謝，I類Sec途徑分泌蛋白的具體功能聚類分析見圖1。

從圖1可以看出，部分I類Sec途徑分泌蛋白中有30個蛋白沒有COG功能注釋，在有功能注釋的蛋白中，主要與氨基酸轉(zhuǎn)運和代謝、碳水化合物轉(zhuǎn)運和代謝以及無機離子轉(zhuǎn)運和代謝等功能有關(guān)。

3討論

青春雙歧桿菌可以預(yù)防治療慢性腹瀉、便秘，還與抗衰老作用有關(guān)，其分泌蛋白與吸收營養(yǎng)物質(zhì)、適應(yīng)外界環(huán)境，并與外界環(huán)境發(fā)生相互作用有關(guān)。通過Sec途徑分泌蛋白功能分析結(jié)果證實，一共有91個被Spase I信號肽酶識別的I型Sec途徑分泌蛋白，除沒有功能注釋的蛋白外，有功能注釋的蛋白，大多數(shù)蛋白與氨基酸、碳水化合物、無機離子代謝和轉(zhuǎn)運功能有關(guān)。可見，分泌蛋白的功能主要與菌體營養(yǎng)物質(zhì)的吸收和轉(zhuǎn)運有關(guān)，這樣有利于青春雙歧桿菌在大腸環(huán)境中利用上消化道不能利用的復(fù)雜碳水化合物，以利生存[7-9]。

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