動(dòng)物雙歧桿菌AD011表面脂蛋白的全基因組預(yù)測(cè)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(yùn)用生物信息學(xué)方法預(yù)測(cè)動(dòng)物雙歧桿菌AD011定位于細(xì)胞膜的表面脂蛋白，為后續(xù)研究該菌與宿主相互作用的分子機(jī)制提供基礎(chǔ)資料。[方法]用SignalP 4.0和LipoP軟件對(duì)動(dòng)物雙歧桿菌AD011全基因組編碼蛋白中表面脂蛋白和信號(hào)肽進(jìn)行預(yù)測(cè)，同時(shí)采用COG 功能數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)預(yù)測(cè)的脂蛋白進(jìn)行功能注釋和聚類分析。[結(jié)果]對(duì)動(dòng)物雙歧桿菌AD011基因組1 518個(gè)蛋白的表面脂蛋白預(yù)測(cè)，結(jié)果表明，19個(gè)蛋白具有脂蛋白信號(hào)肽。功能分析顯示，該菌株19個(gè)脂蛋白中有3個(gè)蛋白沒(méi)有功能注釋，16個(gè)蛋白有功能注釋，其中10個(gè)蛋白參與氨基酸代謝與轉(zhuǎn)運(yùn)、3個(gè)蛋白參與碳水化合物代謝與轉(zhuǎn)運(yùn)，3個(gè)蛋白參與無(wú)機(jī)鹽離子代謝與轉(zhuǎn)運(yùn)。[結(jié)論]動(dòng)物雙歧桿菌AD011表面脂蛋白參與的功能主要與營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的轉(zhuǎn)運(yùn)和代謝有關(guān)。

關(guān)鍵詞動(dòng)物雙歧桿菌；基因組；脂蛋白；信號(hào)肽

中圖分類號(hào)TS201.3文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A文章編號(hào)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(dòng)物雙歧桿菌AD011是一種重要的商業(yè)化益生菌株，被認(rèn)為是“GRAS”食品原料[1]，它具有較強(qiáng)的耐酸和耐膽汁能力，優(yōu)良的腸道黏附能力。2009年對(duì)該菌株進(jìn)行了全基因組測(cè)序和功能注釋，該菌株基因組全長(zhǎng)為1.933 Mb，1 614個(gè)基因，1 518個(gè)編碼蛋白。該菌株全基因組序列的完成使該菌株的研究進(jìn)入功能基因組學(xué)時(shí)代[2]。

細(xì)菌定位于細(xì)胞膜表面的脂蛋白在適應(yīng)外界環(huán)境，與宿主細(xì)胞發(fā)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(guān)注，研究發(fā)現(xiàn)，位于雙歧桿菌表面的脂蛋白BopA與黏附作用有關(guān)[3-5]。但目前大規(guī)模地分析鑒定雙歧桿菌脂蛋白還少見(jiàn)報(bào)道。筆者利用SignalP 4.0、LipoP軟件分析動(dòng)物雙歧桿菌AD011的表面脂蛋白和功能[3]，為后續(xù)研究細(xì)菌與宿主相互作用的分子機(jī)制提供基礎(chǔ)資料。

1材料與方法

1.1材料美國(guó)國(guó)立生物技術(shù)信息中心（NCBI）GenBank公布的動(dòng)物雙歧桿菌AD011的基因組編碼蛋白質(zhì)序列，GenBank 的登錄號(hào)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(duì)動(dòng)物雙岐桿菌AD011基因組蛋白進(jìn)行初篩，Sprob>0.8或 Smean>0.6 初步認(rèn)為具有I型信號(hào)肽。同時(shí)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(hào)肽酶和II 型信號(hào)肽酶識(shí)別和跨膜螺旋數(shù)[6]，具有脂蛋白信號(hào)肽同時(shí)跨膜螺旋數(shù)目≤1的蛋白歸為表面脂蛋白。

1.2.2脂蛋白信號(hào)肽的分析和功能注釋。統(tǒng)計(jì)分析預(yù)測(cè)的脂蛋白，采用COG（http：//eggnog.embl.de/）功能數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)分析得到的脂蛋白進(jìn)行功能注釋，同時(shí)進(jìn)行聚類分析。

2結(jié)果與分析

2.1動(dòng)物雙歧桿菌AD011基因組表面脂蛋白分析對(duì)動(dòng)物雙歧桿菌AD011基因組中的1 518個(gè)蛋白進(jìn)行表面脂蛋白分析，結(jié)果見(jiàn)表1。

根據(jù)LipoP 1.0 軟件分析發(fā)現(xiàn)，能被Spase II 信號(hào)肽酶所識(shí)別的脂蛋白有19個(gè)。在這19個(gè)脂蛋白中又具有SpaseⅠ 信號(hào)肽酶所識(shí)別的蛋白18個(gè)，在脂蛋白中具有跨膜螺旋的蛋白8個(gè)。

2.2動(dòng)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(jié)果表明，3個(gè)蛋白沒(méi)有COG功能注釋，16個(gè)蛋白有功能注釋，其中10個(gè)蛋白參與氨基酸代謝與轉(zhuǎn)運(yùn)，3個(gè)蛋白參與碳水化合物代謝與轉(zhuǎn)運(yùn)，3個(gè)蛋白參與無(wú)機(jī)鹽離子代謝與轉(zhuǎn)運(yùn)（圖1）。

3討論

細(xì)菌脂蛋白是定位于細(xì)胞膜的一類含有疏水性區(qū)域的蛋白。該類蛋白位于菌體的表面，是微生物吸收營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、適應(yīng)并與外界環(huán)境發(fā)生相互作用的物質(zhì)基礎(chǔ)[7-8]。由于該

類蛋白具有疏水性區(qū)域，分離和鑒定相對(duì)較困難，傳統(tǒng)的電泳方法不能完全鑒定這類蛋白[9-10]。動(dòng)物雙歧桿菌具有較強(qiáng)的耐受環(huán)境脅迫能力和黏附能力，經(jīng)常作為益生菌添加到食品和保健品中。越來(lái)越多的動(dòng)物雙歧桿菌菌株基因組測(cè)序的完成，使得以基因組序列為對(duì)象，采用生物信息學(xué)方法分析脂蛋白成為可能[11]。該研究以常用的菌株動(dòng)物雙歧桿菌AD011的全基因組序列為研究對(duì)象，采用生物信息學(xué)方法對(duì)動(dòng)物雙歧桿菌AD011脂蛋白進(jìn)行預(yù)測(cè)和功能分析。該方法具有系統(tǒng)性、整體性等特點(diǎn)，與傳統(tǒng)的蛋白質(zhì)組學(xué)方法互為補(bǔ)充。該結(jié)果將為今后研究該類蛋白在介導(dǎo)益生菌與宿主細(xì)胞黏附定殖、與外界環(huán)境相互作用的分子機(jī)制方面奠定基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

[1] 孫建華，孫宇峰，王金英，等.動(dòng)物雙歧桿菌發(fā)酵乳對(duì)腸道菌群的調(diào)節(jié)功能研究[J].黑龍江科學(xué)，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(nóng)業(yè)科學(xué)，Journal of Anhui Agri. Sci.2017，45（11）：119-120，149