兩歧雙歧桿菌PRL2010細(xì)胞壁蛋白預(yù)測(cè)和功能分析

朱德全 王茗悅 張躍華 姚嘉 韓誠(chéng)武 盧偉 欒積毅 邢蕾 劉向東

摘要[目的]運(yùn)用生物信息學(xué)方法預(yù)測(cè)兩歧雙歧桿菌PRL2010錨定于細(xì)胞壁的蛋白和功能分析，為后續(xù)研究該菌與宿主相互作用的分子機(jī)制奠定基礎(chǔ)。[方法]用Phobius和SignalP 4.0軟件對(duì)兩歧雙歧桿菌PRL2010全基因組編碼蛋白中細(xì)胞壁蛋白進(jìn)行預(yù)測(cè)，同時(shí)采用COG（Cluster of Orthologous Groups of proteins）功能數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)預(yù)測(cè)的細(xì)胞壁蛋白進(jìn)行功能注釋和聚類(lèi)分析。[結(jié)果]兩歧雙歧桿菌PRL2010基因組1 706個(gè)編碼蛋白中，28個(gè)蛋白含有細(xì)胞壁的錨定結(jié)構(gòu)域。細(xì)胞壁蛋白功能分析結(jié)果顯示，28個(gè)細(xì)胞壁蛋白中，21個(gè)蛋白沒(méi)有功能注釋?zhuān)?個(gè)蛋白有功能注釋?zhuān)渲?個(gè)蛋白（exoalphasialidase）參與碳水化合物代謝與轉(zhuǎn)運(yùn)，2個(gè)蛋白（bacteriophage endolysin和cell wallassociated protein）參與細(xì)胞壁和細(xì)胞膜的生物合成，2個(gè)蛋白（hypothetical protein BBPR_0440和Subtilisin family peptidase）參與蛋白質(zhì)翻譯后修飾，1個(gè)蛋白（betanacetylhexosaminidase NagZ）參與細(xì)胞內(nèi)運(yùn)輸、分泌和囊泡運(yùn)輸，1個(gè)蛋白（metallophosphoesterase）功能只是預(yù)測(cè)的。[結(jié)論]兩歧雙歧桿菌PRL2010的大多數(shù)細(xì)胞壁蛋白功能未知，還需要在以后的研究中進(jìn)一步分析和注釋。

關(guān)鍵詞兩歧雙歧桿菌；基因組；細(xì)胞壁蛋白；功能

中圖分類(lèi)號(hào)S188+.2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A文章編號(hào)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(diào)節(jié)宿主免疫[3]，調(diào)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(dú)特特征。兩岐雙歧桿菌PRL2010作為一種革蘭氏陽(yáng)性菌，菌體最外含有一層較厚的細(xì)胞壁，主要是由肽聚糖和磷壁酸組成。在細(xì)胞壁的外周有時(shí)錨定有蛋白質(zhì)，這些蛋白質(zhì)通過(guò)特殊的結(jié)構(gòu)錨定在細(xì)胞壁上，如含有LPxTG結(jié)構(gòu)的區(qū)段、LysM、PG等區(qū)域，由于細(xì)胞壁蛋白處于菌體的外層，在適應(yīng)外界環(huán)境和與宿主細(xì)胞之間發(fā)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(cè)序和功能注釋?zhuān)摼? 791個(gè)基因，1 706個(gè)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(jìn)入功能基因組學(xué)時(shí)代[5]。由于細(xì)胞壁蛋白具有特殊的序列結(jié)構(gòu)，可以通過(guò)生物信息學(xué)的方法預(yù)測(cè)分析這類(lèi)蛋白。如孫理云[6]采用生物信息學(xué)方法對(duì)2型豬鏈球菌98HAH33細(xì)胞壁結(jié)合蛋白進(jìn)行了分析，結(jié)果有9種LPxTG結(jié)構(gòu)分選酶底物、2種具有LysM域的蛋白。但目前針對(duì)雙歧桿菌大規(guī)模地分析鑒定細(xì)胞壁蛋白鮮見(jiàn)報(bào)道。筆者用Phobius（http：//phobius.binf.ku.dk/）、SignalP 4.0、COG功能數(shù)據(jù)庫(kù)分析兩歧雙歧桿菌PRL2010的細(xì)胞壁蛋白和功能[7]。

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公布的兩歧雙歧桿菌PRL2010的基因組編碼的蛋白質(zhì)序列，GenBank 的登錄號(hào)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(zhì)，SignalP 4.0 軟件（http：//www.cbs.dtu.dk/services/SignalP）對(duì)兩岐雙歧桿菌PRL2010基因組蛋白的信號(hào)肽進(jìn)行分析。采用COG（http：//eggnog.embl.de/）功能數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)分析得到的細(xì)胞壁蛋白進(jìn)行功能注釋?zhuān)瑫r(shí)進(jìn)行聚類(lèi)分析。

2結(jié)果與分析

2.1兩歧雙歧桿菌PRL2010基因組細(xì)胞壁蛋白分析

該研究使用生物信息學(xué)方法對(duì)兩歧雙歧桿菌PRL2010基因組中的1 706個(gè)編碼蛋白進(jìn)行細(xì)胞壁蛋白分析，結(jié)果見(jiàn)表1。

兩歧雙歧桿菌PRL2010基因組1 706個(gè)編碼蛋白中，28個(gè)蛋白含有細(xì)胞壁的錨定結(jié)構(gòu)域，其中含有LPxTG錨定基序的蛋白有23個(gè)，含有LysM基序的蛋白有2個(gè)，含有NLPC_P60基序的蛋白有2個(gè)，含有PG錨定基序的蛋白有2個(gè)。

2.2兩歧雙歧桿菌PRL2010基因組細(xì)胞壁蛋白功能分析

28個(gè)細(xì)胞壁蛋白的功能分析結(jié)果表明，21個(gè)蛋白沒(méi)有COG功能注釋?zhuān)瑳](méi)有具體的功能注釋?zhuān)@些蛋白的功能在以后還需要進(jìn)一步的研究和分析；7個(gè)蛋白有功能注釋?zhuān)渲?個(gè)蛋白（exoalphasialidase）參與碳水化合物代謝與轉(zhuǎn)運(yùn)，該蛋白是一個(gè)酶，主要催化低聚糖、糖蛋白、糖脂、多聚乙酰神經(jīng)氨糖酸的末端唾液酸殘基α糖苷鍵的水解；2個(gè)蛋白（bacteriophage endolysin和cell wallassociated protein）參與細(xì)胞壁和細(xì)胞膜的生物合成；2個(gè)蛋白（hypothetical protein BBPR_0440和Subtilisin family peptidase）參與蛋白質(zhì)翻譯后修飾，1個(gè)蛋白（betanacetylhexosaminidase NagZ）參與細(xì)胞內(nèi)運(yùn)輸、分泌和囊泡運(yùn)輸。還有1個(gè)蛋白（metallophosphoesterase）只是預(yù)測(cè)的功能。兩歧雙歧桿菌PRL2010細(xì)胞壁蛋白功能聚類(lèi)分析結(jié)果如圖1所示。

3結(jié)論

細(xì)菌細(xì)胞壁蛋白是通過(guò)特殊的結(jié)構(gòu)錨定在細(xì)胞壁上，由于細(xì)胞壁蛋白處于菌體的外層，在適應(yīng)外界環(huán)境和與宿主細(xì)胞之間發(fā)生相互作用方面，具有重要的作用[6]。但由于該類(lèi)蛋白處于較厚的細(xì)胞壁之間，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(lèi)蛋白[8-9]。越來(lái)越多的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)方法分析細(xì)胞壁蛋白成為可能[5]。兩歧雙歧桿菌具有獨(dú)特的黏蛋白降解特性和多種益生功能，該研究以?xún)善珉p歧桿菌的代表菌株P(guān)RL2010為對(duì)象，采用生物信息學(xué)方法對(duì)該菌的細(xì)胞壁蛋白進(jìn)行預(yù)測(cè)和功能分析。分析發(fā)現(xiàn)1 706個(gè)編碼蛋白中，28個(gè)蛋白含有細(xì)胞壁的錨定結(jié)構(gòu)域。功能分析結(jié)果顯示，28個(gè)細(xì)胞壁蛋白中，21個(gè)蛋白沒(méi)有功能注釋。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。大多數(shù)細(xì)胞壁蛋白功能未知，還需要在以后的研究中進(jìn)一步分析和注釋。

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