动物双歧杆菌AD011细胞壁蛋白的预测和功能分析

朱德全 王茗悦 姚嘉 张跃华 韩诚武 卢伟 栾积毅 刘向东

摘要[目的]运用生物信息学方法预测动物双歧杆菌AD011锚定于细胞壁的蛋白并进行功能分析，为后续研究该菌与宿主相互作用的分子机制提供基础资料。[方法]用Phobius和SignalP 4.0软件对动物双歧杆菌AD011全基因组编码蛋白中细胞壁蛋白进行预测，同时采用COG （Cluster of Orthologous Groups of proteins）功能数据库对预测的细胞壁蛋白进行功能注释和聚类分析。[结果]动物双歧杆菌AD011基因组1 518个编码蛋白中，11个蛋白含有细胞壁的锚定基序，6个蛋白含有LP×TG基序，1个蛋白含有LysM基序，1个蛋白含有PG结合区域，2个蛋白含有SLH结构域，1个蛋白含有NLPC_P60结构域。细胞壁蛋白功能分析结果显示，11个细胞壁蛋白中，9个蛋白没有功能注释，2个蛋白（NLP/P60 protein和1，4-beta-N-acetylmuramidase）参与细胞壁和细胞膜的生物合成。[结论]动物双歧杆菌AD011大多数细胞壁蛋白功能未知，还需在以后的研究中进行进一步的功能注释。

关键词两歧双歧杆菌；基因组；细胞壁蛋白；功能

中图分类号S852.6文献标识码

A文章编号0517-6611（2017）08-0159-02

Prediction and Functional Analysis of Cell Wall Proteins of Bifidobacterium animalis AD011

ZHU Dequan1，WANG Mingyue2，YAO Jia3，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 animalis AD011 were used to predict to 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 database （Cluster of Orthologous Groups of proteins）.[Result]There were 11 cell wall proteins which possessed cell wall motif from 1 518 proteins coded by B.animalis AD011 genome.Function analysis revealed that the strain contains 11 cell wall proteins，in which 9 proteins have not function annonation.Two proteins were mainly involved in cell wall/membrane biosynthesis（2 proteins：NLP/P60 protein and 1，4betaNacetylmuramidase）.[Conclusion]Function of most cell wall proteins were unknown，which need to be researched and annotated in the future research.

Key wordsBifidobacterium animalis；Genome；Cell wall proteins；Function

动物双歧杆菌具有较强的耐受环境胁迫能力，如AD011，它是目前应用较多的益生双歧杆菌菌株之一[1]。双岐杆菌的细胞壁蛋白在介导菌体与宿主细胞黏附定植、与外界环境相互作用方面起着非常重要的作用[2-3]。2009年该菌株完成了全基因组测序和功能注释，该菌株有1 614个基因，1 518个编码蛋白[4]。

动物双歧杆菌AD011作为一种革兰氏阳性菌，菌体最外含有一层较厚的细胞壁，主要由肽聚糖和磷壁酸组成。在细胞壁的外周有时锚定有蛋白质，这些蛋白质通过特殊的結构锚定在细胞壁上，如含有LP×TG结构的区段、LysM、PG等区域，由于细胞壁蛋白处于菌体的外层，在适应外界环境和与宿主细胞之间发生相互作用方面具有重要的作用。

细胞壁蛋白具有特殊的序列结构，可以以细菌基因组序列通过生物信息学的方法预测分析这类蛋白。孙理云[5]采用生物信息学方法对2型猪链球菌98HAH33细胞壁结合蛋白进行了分析，结果有9种LP×TG结构分选酶底物、2种具有LysM域的蛋白。目前

大规模地分析鉴定动物双歧杆菌细胞壁蛋白鲜见报道。笔者用Phobius、SignalP 4.0、COG功能数据库分析动物双歧杆菌AD011的细胞壁蛋白和功能[6]，以期为后续研究该菌与宿主相互作用的分子机制提供基础资助。

1材料與方法

1.1材料美国国立生物技术信息中心（NCBI）GenBank公布的动物双歧杆菌AD011基因组编码的蛋白质序列，GenBank 的登录号是NC_011835.1。

1.2方法

利用Phobius（http：//phobius.binf.ku.dk/）鉴定出含有LP×TG基序的蛋白质，SignalP 4.0 软件（http：//www.cbs.dtu.dk/services/SignalP）对动物双歧杆菌AD011基因组蛋白的信号肽进行分析，采用COG（Cluster of Orthologous Groups of proteins，http：//eggnog.embl.de/）功能数据库对分析得到的细胞壁蛋白进行功能注释，同时进行聚类分析。

2结果与分析

2.1动物双歧杆菌AD011基因组细胞壁蛋白分析

该研究使用生物信息学方法对动物双歧杆菌AD011基因组中的1 518个编码蛋白进行细胞壁蛋白分析，结果见表1。动物双歧杆菌AD011基因组1 518个编码蛋白中，11个蛋白含有细胞壁的锚定结构域，其中含有LP×TG锚定基序的蛋白有6个，含有LysM基序的蛋白有1个，含有NLPC_P60基序的蛋白有1个，含有PG锚定基序的蛋白有1个，含有SLH结构域的蛋白有2个。

2.2动物双歧杆菌AD011基因组细胞壁蛋白功能分析

11个细胞壁蛋白的功能分析结果表明，9个蛋白没有COG功能注释，没有具体的功能注释，这些蛋白的功能在以后还需要进一步的研究和分析。只有2个蛋白（NLP/P60 protein和1，4-beta-N-acetylmuramidase）参与细胞壁和细胞膜的生物合成。

3讨论与结论

细菌细胞壁蛋白是通过特殊的结构锚定在细胞壁上，由于细胞壁蛋白处于菌体的外层，在适应外界环境和与宿主细胞之间发生相互作用方面具有重要的作用[5]。但由于该类蛋白处于较厚的细胞壁之间，具有疏水性区域，分离和鉴定相对较困难，传统的电泳方法不能完全鉴定这类蛋白[7-8]。越来越多的双歧杆菌菌株基因组测序的完成，使得以基因组序列为对象采用生物信息学方法分析细胞壁蛋白成为可能[9]。该研究以商业菌株动物双歧杆菌AD011基因组序列为对象，采用生物信息学方法对该菌的细胞壁蛋白进行预测和功能分析。分析发现1 518个编码蛋白中，11个蛋白含有细胞壁的锚定结构域。功能分析结果显示，11个细胞壁蛋白中有9个蛋白没有功能注释。该方法具有系统性、整体性等特点，与传统的蛋白质组学方法互为补充。大多数细胞壁蛋白功能未知，还需要在以后的研究中进一步分析和注释。

参考文献

[1]

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[2] ZANOTTI I，TURRONI F，PIEMONTESE A，et al.Evidence for cholesterollowering activity by Bifidobacterium bifidum PRL2010 through gut microbiota modulation[J].Appl Microbiol Biotechnol，2015，99（16）：6813-6829.

[3] TURRONI F，TAVERNITI V，RUAS-MADIEDO P，et al.Bifidobacterium bifidum PRL2010 modulates the host innate immune response[J].Applied and environmental microbiology，2014，80（2）：730-740.

[4] TURRONI F，BOTTACINI F，FORONI E，et al.Genome analysis of Bifidobacterium bifidum PRL2010 reveals metabolic pathways for hostderived glycan foraging[J].Proceedings of the national academy of sciences of the United States of America，2010，107（45）：19514-19519.

[5] 孙理云.用生物信息学方法预测2型猪链球菌98HAH33细胞壁结合蛋白[J].中国人兽共患病学报，2010，26（1）：72-75，80.

[6] GLEINSER M，GRIMM V，ZHURINA D，et al.Improved adhesive properties of recombinant bifidobacteria expressing the Bifidobacterium bifidumspecific lipoprotein BopA[J].Microb Cell Fact，2012，11（1）：80.

[7] GILAD O，HJERNO E K，STERLUND E C，et al.Insights into physiological traits of Bifidobacterium animalis subsp. lactis BB-12 through membrane proteome analysis[J].Journal of proteomics，2012，75（4）：1190-1200.

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

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