兩歧雙歧桿菌PRL2010菌體外表面蛋白的功能分析

朱德全 王茗悅 栗金柳

摘要 [目的]分析兩歧雙歧桿菌PRL2010菌體外表面蛋白的功能。[方法]以兩歧雙歧桿菌PRL2010基因組序列為研究對象，采用Perry等人分析革蘭氏陽性菌菌體外表面蛋白（PSE蛋白）的Inmembrane方法，同時采用COG功能數據庫對預測的外表面蛋白進行功能注釋和聚類分析。[結果]PRL2010外表面蛋白包括28個細胞壁蛋白、12個脂蛋白、182個細胞膜蛋白、38個分泌蛋白。PRL2010外表面蛋白的功能分析結果顯示，大多數外表面蛋白與細胞壁、細胞膜的生物合成，無機離子轉運與代謝，防御機制，碳水化合物轉運與代謝，氨基酸轉運與代謝等有關。 [結論]該研究可為探討該菌與宿主相互作用的分子機制奠定基礎。

關鍵詞 兩歧雙歧桿菌；基因組；外表面蛋白；功能

中圖分類號 S188 文獻標識碼 A 文章編號 0517-6611（2017）18-0118-02

Abstract [Objective]To analyze the function of the outer surface proteins of Bifidobacterium bifidum PRL2010. [Method]The genome sequence of B. bifidum PRL2010 was used to study the potentially surface exposed proteins （ PSE proteins ） by Inmembrane used by Perry et al， to analyze PSE proteins of Grampositive bacteria. Functional annotation and cluster analysis of predicted surface proteins were performed by using COG （Cluster of Orthologous Groups of proteins） functional database. [Result]The outer surface protein of PRL2010 included 28 cell wall proteins，12 lipoproteins，182 cell membrane proteins，38 secretory proteins. Function analysis of the outer surface proteins showed that most outer surface proteins were involved in amino acid transport and metabolism， carbohydrate transport and metabolism， cell wall or cell membrane formation， defense mechanism， inorganic ion transport and metabolism.[Conclusion]The study provided the basis for studing molecular methanisms of interaction between bacteria and their host.

Key words Bifidobacterium bifidum；Genome；Outer surface protein；Function

兩歧雙歧桿菌PRL2010作為一種腸道內的益生菌株，它具有抑制腸道致病菌黏附[1]、降低血清膽固醇[2]、調節(jié)宿主免疫[3]、調整腸道菌群等益生作用。雙歧桿菌的外表面蛋白在介導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非常重要的作用[4-5]。2010年該菌株完成了全基因組測序和功能注釋，共1 791個基因，1 706個編碼蛋白[6]。

該菌株基因組測序的完成，使得利用基因組學數據進行功能基因組學分析得以實施，如菌體外表面蛋白的分析。目前關于細菌外表面蛋白的基因組分析主要集中在致病菌[7-9]和乳桿菌方面，如Barinov等[10]采用SurfG+的方法對革蘭氏陽性菌進行了預測，結果顯示該方法是一種非常有效的分析革蘭氏陽性菌外表面蛋白的方法。同樣，2013年Perry等[11]提出更為容易和方便的分析方法：Inmembrane。目前關于雙歧桿菌外表面蛋白的基因組預測和功能分析，國內外鮮見報道。以兩歧雙歧桿菌PRL2010全基因組編碼蛋白序列為研究對象，采用Inmembrane方法分析該菌株外表面蛋白和功能，以期為探討該菌與宿主相互作用的分子機制奠定基礎。

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全基因組序列，GenBank 的登錄號是NC_014638.1。

1.2 方法

采用Perry等[11]分析革蘭氏陽性菌外表面蛋白的Inmembrane方法，即采用SignalP4.0、LipoP、HMM search 2.0等一系列生物信息學分析軟件預測革蘭氏陽性菌外表面的蛋白，預測并統(tǒng)計各類外表面蛋白（脂蛋白、細胞壁蛋白、細胞膜蛋白、分泌蛋白），利用COG功能數據庫對各類蛋白進行注釋，同時進行COG功能聚類分析。

2 結果與分析

2.1 兩歧雙歧桿菌PRL2010菌體外表面蛋白的種類分析

兩歧雙歧桿菌PRL2010菌體外表面蛋白的種類分析結果見表1。分析結果顯示，兩歧雙歧桿菌PRL2010基因組編碼的1 706個蛋白中，暴露于菌體外表面蛋白共計260個，占基因組蛋白比例為15.2%。在這些蛋白中，定位于細胞膜的蛋白數目最多，達182個，占基因組蛋白比例為10.7%，這些跨膜螺旋數的膜蛋白分布見圖1。

外表面蛋白的膜蛋白中，具有1個跨膜螺旋數的蛋白最多（87個），其次是具有2個和3個跨膜螺旋數的蛋白，分別為23個和16個。

2.2 兩歧雙歧桿菌PRL2010菌體外表面蛋白的功能分析

兩歧雙歧桿菌PRL2010基因組預測的外表面蛋白功能分析結果見圖2。兩歧雙歧桿菌PRL2010菌體外表面蛋白數目為260個。從圖2可以看出，在這些蛋白中，含有較大比例的蛋白沒有功能注釋（128個），132個蛋白具有COG功能注釋。在有具體功能注釋的蛋白中，所占比例較大的是與細胞壁、細胞膜生物合成有關（17個）；與無機離子轉運與代謝有關（12個）、與防御機制有關（12個）、與碳水化合物轉運與代謝有關（11個）、與氨基酸轉運與代謝有關（8個）等。功能聚類分析結果表明菌體外表面蛋白與這些功能有關。

3 討論與結論

細菌外表面的數量和種類與微生物的特性和生長環(huán)境有著密切的聯(lián)系，特別

是與宿主之間的相互作用，如根癌土壤桿菌，它是一類普遍存在于土壤中的革蘭氏陰性菌，植物根的表面依靠由根組織滲透出來的營養(yǎng)物質進行生存[12]；再如馬鈴薯晚疫病菌是引起馬鈴薯和西紅柿晚疫病的病原菌，其生存環(huán)境主要是植物體內，分析發(fā)現潛在的分泌到細胞外蛋白為671個，占基因組蛋白總數的3%。由于越來越多菌株全基因組測序的完成，采用基因組編碼蛋白序列預測細菌外表面蛋白成為可能。最早預測革蘭氏陽性菌外表面蛋白的方法是SurfG+，但該方法里面的一些程序網上不一定能隨時獲得，另外它主要用于預測革蘭氏陽性菌。Perry等[11]于2013年提出了Inmembrane的分析方法，該方法對SurfG+方法進行了完善和補充，程序很容易網上在線獲取，并且可以對革蘭氏陰性菌進行預測分析。

該研究預測分析得到的兩歧雙歧桿菌PRL2010 260個外表面蛋白中，132個蛋白沒有功能注釋，這部分蛋白還需要進行進一步的功能研究和注釋。在有功能注釋的蛋白中，所占比例較大的是與細胞壁、細胞膜生物合成有關；與無機離子轉運與代謝有關；與防御機制有關；與碳水化合物轉運與代謝有關、與氨基酸轉運與代謝有關。功能分析結果表明菌體外表面蛋白在營養(yǎng)物質交換、環(huán)境適應、細胞穩(wěn)定性方面發(fā)揮重要作用。該研究獲得的結果將對今后研究兩歧雙歧桿菌PRL2010與宿主作用的分子機制提供標靶，同時，也為益生菌領域的研究發(fā)展及應用分析提供數據基礎。

參考文獻

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