動物雙歧桿菌AD011表面脂蛋白的全基因組預測和功能分析

栗金柳 王茗悅 朱德全 高峰 于陸雪子 周金影 郝瑩瑩 張宛麟 周博

摘要[目的]運用生物信息學方法預測動物雙歧桿菌AD011定位于細胞膜的表面脂蛋白，為后續研究該菌與宿主相互作用的分子機制提供基礎資料。[方法]用SignalP 4.0和LipoP軟件對動物雙歧桿菌AD011全基因組編碼蛋白中表面脂蛋白和信號肽進行預測，同時采用COG 功能數據庫對預測的脂蛋白進行功能注釋和聚類分析。[結果]對動物雙歧桿菌AD011基因組1 518個蛋白的表面脂蛋白預測，結果表明，19個蛋白具有脂蛋白信號肽。功能分析顯示，該菌株19個脂蛋白中有3個蛋白沒有功能注釋，16個蛋白有功能注釋，其中10個蛋白參與氨基酸代謝與轉運、3個蛋白參與碳水化合物代謝與轉運，3個蛋白參與無機鹽離子代謝與轉運。[結論]動物雙歧桿菌AD011表面脂蛋白參與的功能主要與營養物質的轉運和代謝有關。

關鍵詞動物雙歧桿菌；基因組；脂蛋白；信號肽

中圖分類號TS201.3文獻標識碼A文章編號0517-6611（2017）11-0117-02

Abstract[Objective] The surface lipoproteins of Bifidobacterium animalis AD011 were predicted by bioinformatics method， which provided the basis for interaction molecular mechanisms between bacteria and their host.[Method] SignalP 4.0 and LipoP softwares were used to analyze the lipoproteins and characteristic of signal peptides. Function of lipoproteins was also analyzed by COG database.[Result] There were 19 proteins which possessed signal peptide of lipoproteins from 1 518 proteins coded by B. animalis AD011 genome.Function analysis revealed that the strain contains 3 hypothetical proteins without function annonation.16 proteins have function annonation which mainly involved in amino acid metabolism and transport（10 proteins）， transport of carbohydrate metabolism（3 proteins）， metabolism of inorganic ion transport（3 proteins）.[Conclusion] Function of surface lipoproteins of B. animalis AD011 are mainly associated with the transport and metabolism of nutrients.

Key wordsBifidobacterium animalis；Genome；Lipoproteins；Signal peptide

動物雙歧桿菌AD011是一種重要的商業化益生菌株，被認為是“GRAS”食品原料[1]，它具有較強的耐酸和耐膽汁能力，優良的腸道黏附能力。2009年對該菌株進行了全基因組測序和功能注釋，該菌株基因組全長為1.933 Mb，1 614個基因，1 518個編碼蛋白。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[2]。

細菌定位于細胞膜表面的脂蛋白在適應外界環境，與宿主細胞發生相互作用等方面起到非常重要作用，表面脂蛋白引起一些研究者的關注，研究發現，位于雙歧桿菌表面的脂蛋白BopA與黏附作用有關[3-5]。但目前大規模地分析鑒定雙歧桿菌脂蛋白還少見報道。筆者利用SignalP 4.0、LipoP軟件分析動物雙歧桿菌AD011的表面脂蛋白和功能[3]，為后續研究細菌與宿主相互作用的分子機制提供基礎資料。

1材料與方法

1.1材料美國國立生物技術信息中心（NCBI）GenBank公布的動物雙歧桿菌AD011的基因組編碼蛋白質序列，GenBank 的登錄號是NC_011835.1。

1.2方法

1.2.1表面脂蛋白的篩選。利用SignalP 4.0 軟件（http：//www.cbs.dtu.dk/services/SignalP）對動物雙岐桿菌AD011基因組蛋白進行初篩，Sprob>0.8或 Smean>0.6 初步認為具有I型信號肽。同時利用LipoP1.0 軟件（http：//www.cbs.dtu.dk/services/LipoP/）分析是否可以被Spase I 型信號肽酶和II 型信號肽酶識別和跨膜螺旋數[6]，具有脂蛋白信號肽同時跨膜螺旋數目≤1的蛋白歸為表面脂蛋白。

1.2.2脂蛋白信號肽的分析和功能注釋。統計分析預測的脂蛋白，采用COG（http：//eggnog.embl.de/）功能數據庫對分析得到的脂蛋白進行功能注釋，同時進行聚類分析。

2結果與分析

2.1動物雙歧桿菌AD011基因組表面脂蛋白分析對動物雙歧桿菌AD011基因組中的1 518個蛋白進行表面脂蛋白分析，結果見表1。

根據LipoP 1.0 軟件分析發現，能被Spase II 信號肽酶所識別的脂蛋白有19個。在這19個脂蛋白中又具有SpaseⅠ 信號肽酶所識別的蛋白18個，在脂蛋白中具有跨膜螺旋的蛋白8個。

2.2動物雙歧桿菌AD011基因組表面脂蛋白功能分析表面脂蛋白的功能分析結果表明，3個蛋白沒有COG功能注釋，16個蛋白有功能注釋，其中10個蛋白參與氨基酸代謝與轉運，3個蛋白參與碳水化合物代謝與轉運，3個蛋白參與無機鹽離子代謝與轉運（圖1）。

3討論

細菌脂蛋白是定位于細胞膜的一類含有疏水性區域的蛋白。該類蛋白位于菌體的表面，是微生物吸收營養物質、適應并與外界環境發生相互作用的物質基礎[7-8]。由于該

類蛋白具有疏水性區域，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[9-10]。動物雙歧桿菌具有較強的耐受環境脅迫能力和黏附能力，經常作為益生菌添加到食品和保健品中。越來越多的動物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脂蛋白成為可能[11]。該研究以常用的菌株動物雙歧桿菌AD011的全基因組序列為研究對象，采用生物信息學方法對動物雙歧桿菌AD011脂蛋白進行預測和功能分析。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。該結果將為今后研究該類蛋白在介導益生菌與宿主細胞黏附定殖、與外界環境相互作用的分子機制方面奠定基礎。

參考文獻

[1] 孫建華，孫宇峰，王金英，等.動物雙歧桿菌發酵乳對腸道菌群的調節功能研究[J].黑龍江科學，2013，4（6）：30-33.

[2] LEE J H，OSULLIVAN D J.Genomic insights into bifidobacteria[J].Microbiology and molecular biology reviews，2010，74（3）：378-416.

[3] GLEINSER M，GRIMM V，ZHURINA D，et al.Improved adhesive properties of recombinant bifidobacteria expressing the Bifidobacterium bifidumspecific lipoprotein BopA[J].Microbial cell factories，2012，11：80.

[4] GUGLIELMETTI S，TAMAGNINI I，MORA D，et al.Implication of an outer surface lipoprotein in adhesion of Bifidobacterium bifidum to Caco2 cells[J].Applied and environmental microbiology，2008，74（15）：4695-4702.

[5] TOBA T，VIRKOLA R，WESTERLUND B，et al.A collagenbinding slayer protein in Lactobacillus crispatus[J].Applied and environmental microbiology，1995，61（7）：2467-2471.

[6] BABU M M，PRIYA M L，SELVAN A T，et al.A database of bacterial lipoproteins（DOLOP）with functional assignments to predicted lipoproteins[J].Journal of bacteriology，2006，188（8）：2761-2773.

[7] BARINOV A，LOUX V，HAMMANI A，et al.Prediction of surface exposed proteins in Streptococcus pyogenes，with a potential application to other Grampositive bacteria[J].Proteomics，2009，9（1）：61-73.

[8] RUIZ L，DELGADO S，RUASMADIEDO P，et al.Proteinaceous molecules mediating Bifidobacteriumhost interactions[J].Frontiers in microbiology，2016，7：1193.

[9] GILAD O，HJERNO K，OSTERLUND E C，et al.Insights into physiological traits of Bifidobacterium animalis subsp.lactis BB12 through membrane proteome analysis[J].Journal of proteomics，2012，75（4）：1190-1200.

[10] GILAD O，SVENSSON B，VIBORG A H，et al.The extracellular proteome of Bifidobacterium animalis subsp.lactis BB12 reveals proteins with putative roles in probiotic effects[J].Proteomics，2011，11（12）：2503-2514.

[11] MILANI C，DURANTI S，LUGLI G A，et al.Comparative genomics of Bifidobacterium animalis subsp.lactis reveals a strict monophyletic bifidobacterial taxon[J].Applied and environmental microbiology，2013，79（14）：4304-4315.安徽農業科學，Journal of Anhui Agri. Sci.2017，45（11）：119-120，149