青春双歧杆菌ATCC15703 I型Sec途径分泌蛋白的预测和功能分析

朱德全 周金影 张跃华 张武

摘要[目的]对青春双歧杆菌分泌蛋白进行预测和功能分析，为分析该菌胞外蛋白的分泌机制和功能打下基础。[方法]以青春双歧杆菌代表菌株ATCC15703基因组编码蛋白序列为研究对象，采用 SignalP 4.0和TMHMM 2.0 软件分析该菌株的I型Sec途径分泌蛋白，同时采用COG功能数据库（Cluster of Orthologous Groups of proteins）对预测的这类分泌蛋白进行功能分析。[结果]青春双歧杆菌ATCC15703的1 648个蛋白中有91个被I 型（Spase I）信号肽酶识别的I型Sec途径分泌蛋白，分泌蛋白的信号肽长度最大的有54个氨基酸，最小的有11个氨基酸。I 型Sec途径分泌蛋白的功能分析结果显示，分泌蛋白主要参与碳水化合物代谢与转运，氨基酸代谢与转运，复制、重组和修复，以及无机离子代谢和转运。[结论]青春双歧杆菌I型Sec途径分泌蛋白的预测和功能分析为了解该菌胞外蛋白的分泌机制提供了数据基础。

关键词青春双歧杆菌；基因组；分泌蛋白；Sec分泌途径；信号肽

中图分类号R151.3文献标识码A文章编号0517-6611（2017）12-0136-03

Abstract[Objective]To lay the foundation for understanding secretion mechanisms and function of the extracellular proteins of Bifidobacterium adolescentis by the study of this strains secretory proteins.[Method]Taking B. adolescentis ATCC15703 genome sequence as objects， SignalP 4.0， TMHMM 2.0 softwares were used to analyze the type I Sec pathway secretory proteins and characteristic of signal peptides. Function of these secretory proteins was also analyzed by COG database （Cluster of Orthologous Groups of proteins）. [Result]There had 91 proteins which were secreted by type I Sec pathway. Maximum length of their signal peptide was 54 aa and minimum length was 11 aa. These proteins with annotation of COG functions were mainly involved in metabolism amd transport of carbohydrate，amino acid inorganic ion as well as replication， recombination and repair.[Conclusion]The prediction and function analysis of secretory proteins of type 1 Sec pathway in B. adolescentis provide data for understanding secretion mechanisms of bacterial extracellular proteins.

Key wordsBifidobacterium adolescentis；Genome；Secretory proteins；Sec secretion pathway；Signal peptide

双歧杆菌是一种专性厌氧、不运动、无芽孢的革兰氏阳性杆菌。它是在健康人肠道内数量占优势的一种细菌，具有一系列特殊的生理保健功能，与人类的许多病理、生理关系密切[1]。分泌蛋白是在细胞内合成后，跨过细胞膜分泌到细胞外发挥相应作用的蛋白质。双岐杆菌的分泌蛋白在介导菌体与宿主细胞黏附定殖、与外界环境相互作用方面起着重要作用[2]。Sec途径是细菌蛋白分泌到细胞外常见的分泌方式，包括由Spase I肽酶识别的I型和Spase II 肽酶识别的II型，其中I型是Sec分泌途径最普遍的分泌方式。

Moon[3]利用双向电泳分析了假小链双歧杆菌（Bifidobacterium pseudocatanulatum BP1）的分泌蛋白。目前对基因组分泌蛋白的分析主要集中在病原菌方面[4-6]，王玉飞等[4]对羊布鲁氏菌的分泌蛋白质组进行了分析。但关于青春双歧杆菌（B.adolescentis）分泌蛋白基因组的预测和分析鲜见报道。

通过对分泌蛋白的预测和功能分析将为了解该菌胞外蛋白的分泌机制和菌体与外界环境相互作用的分子机制奠定基础。

笔者以青春双歧杆菌的代表菌株ATCC15703全基因组序列为研究对象，用 SignalP 4.0、TMHMM 2.0软件分析该基因组中的I型Sec途径分泌蛋白，同时采用COG数据库对预测的分泌蛋白进行功能注释和聚类分析，以进一步了解该菌的生理功能与生长特性。

1材料与方法

1.1材料

下载青春双歧杆菌ATCC15703的基因组序列，GenBank 的登录号是NC_008618.1。

1.2方法

1.2.1I型Sec分泌蛋白的预测分析。

Sec途径分泌蛋白包括具有Spase I肽酶识别的I和Spase II 肽酶识别的II型Sec分泌蛋白。利用SignalP 4.0 软件（http：//www.cbs.dtu.dk/services/SignalP）分析I型Sec途径的分泌信号肽，同时采用TMHMM 2.0 软件（http：//genome.cbs.dtu.dk/services/TMHMM/）对含有I型Sec途径信号肽的蛋白進行跨膜螺旋结构域分析，对于没有跨膜螺旋或只有1个跨膜螺旋的蛋白归类为I型途径Sec分泌蛋白。

1.2.2

I型Sec途徑分泌蛋白信号肽和功能分析。

统计Spase I肽酶识别的I型Sec途径分泌蛋白信号肽，分析它们的序列特征。同时采用COG（http：//eggnog.embl.de/）功能数据库对分析得到的I型Sec途径分泌蛋白质进行功能注释分析。

2结果与分析

2.1青春双歧杆菌ATCC15703 I型Sec途径分泌蛋白分析

对青春双歧杆菌ATCC15703基因组中的1 648个蛋白进行预测分析，I型Sec途径分泌蛋白有91个，占总蛋白的5.6%，结果见表1。

2.2青春双歧杆菌ATCC15703 Ⅰ型Sec途径分泌蛋白功能分析

通过I类Sec途径分泌蛋白一共有91个，其中有2个蛋白（BAD__1632和BAD_1642）没有蛋白注释信息和COG功能注释，另外还有28个蛋白没有COG功能注释。这些分泌蛋白中信号肽长度最多的有54个氨基酸，最少的有11个氨基酸，共有假定蛋白24个，其占整个I类Sec途径分泌蛋白的26.4%，在有功能注释的蛋白中，主要负责蛋白质转运。在I类Sec途径分泌蛋白中有ABC转运蛋白10个，其占整个I类Sec途径分泌蛋白的11.0%。此类蛋白主要在细胞膜上参与碳水化合物、氨基酸、无机离子的转运和代谢，I类Sec途径分泌蛋白的具体功能聚类分析见图1。

从图1可以看出，部分I类Sec途径分泌蛋白中有30个蛋白没有COG功能注释，在有功能注释的蛋白中，主要与氨基酸转运和代谢、碳水化合物转运和代谢以及无机离子转运和代谢等功能有关。

3讨论

青春双歧杆菌可以预防治疗慢性腹泻、便秘，还与抗衰老作用有关，其分泌蛋白与吸收营养物质、适应外界环境，并与外界环境发生相互作用有关。通过Sec途径分泌蛋白功能分析结果证实，一共有91个被Spase I信号肽酶识别的I型Sec途径分泌蛋白，除没有功能注释的蛋白外，有功能注释的蛋白，大多数蛋白与氨基酸、碳水化合物、无机离子代谢和转运功能有关。可见，分泌蛋白的功能主要与菌体营养物质的吸收和转运有关，这样有利于青春双歧杆菌在大肠环境中利用上消化道不能利用的复杂碳水化合物，以利生存[7-9]。

参考文献

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