动物双歧杆菌AD011暴露外表面蛋白的种类和功能分析

朱德全 王茗悦 栗金柳 张跃华 张武

摘要[目的]分析动物双歧杆菌AD011暴露外表面蛋白的种类和功能，有助于了解该菌株的各项生理功能以及为探讨该菌与宿主相互作用的分子机制奠定基础。[方法]以动物双歧杆菌AD011基因组序列为研究对象，采用Inmembrane方法和COG功能数据库对预测的外表面蛋白进行功能注释和聚类分析。[结果]AD011菌体暴露外表面蛋白数目为193个，包括11个细胞壁蛋白、20个脂蛋白、暴露外表面的膜蛋白140个、22个细胞外蛋白。AD011外表面蛋白的功能分析结果显示，193个外表面蛋白中，含有较大比例的蛋白没有功能注释（78个），115个蛋白具有COG功能注释。在有功能注释的蛋白中，所占比例较大的是氨基酸转运与代谢（16个），无机离子转运与代谢（14个），细胞壁、细胞膜生物合成（13个），碳水化合物转运与代谢（10个），防御机制（10个）等有关蛋白。[结论]AD011菌体外表面蛋白与营养物质的吸收和转运，细胞壁、细胞膜生物合成，防御机制有关。

关键词动物双歧杆菌；基因组；外表面蛋白；种类；功能

中图分类号TS201.3文献标识码A文章编号0517-6611（2017）11-0119-02

Abstract[Objective]Species and function of the outer surface proteins of Bifidobacterium animalis AD011 were analyzed.Analysis of their outer surface proteins will help us to correctly understand its physiological function and molecular mechanisms of interaction with their host. [Method]The genome sequence of B. animalis AD011 was used to study the potentially surface exposed proteins （ PSE proteins ） by Inmembrane. Functional annotation and cluster analysis of predicted surface proteins were performed using COG functional database. [Result]There were 193 surface exposed proteins which include 11 cell wall proteins， 20 lipoproteins， 140 membrane proteins and 22 extracellular proteins. Results of functional analysis showed there were 78 proteins which have not COG functional annotation in 193 surface exposed proteins. Most outer surface proteins were involved in amino acid transport and metabolism（16 proteins）， inorganic ion transport and metabolism（14 proteins），cell wall/membrane formation（13 proteins）， carbohydrate transport and metabolisms（10 proteins）， defense mechanisms（10 proteins）. [Conclusion]The function of outer surface proteins of AD011 were involved in absorption and transport of nutrient， cell wall/membrane biosynthesis and defense mechanisms.

Key wordsBifidobacterium animalis；Genome；Outer surface protein；Species；Function

双歧杆菌作为一种肠道内的优势菌种，在临床上，具有调整肠道菌群等益生作用。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]。双岐杆菌的外表面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1 614个基因，1 518个编码蛋白[4]。

该菌株基因组测序的完成使利用基因组学数据进行功能基因组学的分析得以实施，如菌体外表面蛋白的分析。目前关于细菌外表面蛋白的基因组分析主要集中在致病菌[5-7]和乳杆菌方面，如Barinov等[8]采用SurfG+的方法对革兰氏阳性菌进行了预测，结果显示该方法是一种非常有效的分析革兰氏阳性菌外表面蛋白的方法。2013年，Perry等[9]提出更為容易和方便的分析方法——Inmembrane。目前关于双歧杆菌暴露外表面蛋白的基因组预测和功能分析，国内外还少见报道。笔者以动物双歧杆菌AD011全基因组编码蛋白序列为研究对象，采用Inmembrane方法分析该菌株暴露的外表面蛋白和功能，为探讨益生菌与宿主相互作用的分子机制提供基础资料。

1材料与方法

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的基因组编码的蛋白质序列，GenBank 的登录号是NC_011835.1。

1.2方法采用Inmembrane方法[9]，即采用SignalP4.0、LipoP、HMM search 2.0等一系列生物信息学分析软件预测革兰氏阳性菌暴露菌体外表面的蛋白。预测并统计各类外表面蛋白（脂蛋白、细胞壁蛋白、细胞膜蛋白、分泌蛋白），利用COG功能数据库对各类蛋白进行注释，同时进行COG功能聚类分析。

2结果与分析

2.1AD011暴露外表面蛋白的种类分析动物双歧杆菌AD011基因组外表面蛋白的种类分析结果见表1。分析结果显示，动物双歧杆菌AD011基因组编码的1 518个蛋白中，暴露于菌体外表面蛋白共计193个，所占基因组蛋白比例为12.6%。在这些蛋白中，定位于细胞膜的蛋白数目最多，达140个，所占基因组蛋白比例为9.2%，这些跨膜螺旋数的膜蛋白分布见图1。

外表面蛋白的膜蛋白中，具有1个跨膜螺旋数的蛋白最多，达69个，其次是具有2个和5个跨膜螺旋数的蛋白，分别为19个和12个。

菌体外表面蛋白数目为193个。从图2可以看出，在这些蛋白中，含有较大比例的蛋白没有功能注释（78个），115

个蛋白具有COG功能注释。在有功能注释的蛋白中，所占比例较大的蛋白功能是氨基酸转运与代谢（16个），无机离子转运与代谢（14个），细胞壁、细胞膜生物合成（13个），碳水化合物转运与代谢（10个），防御机制有关（10个）等。功能分析结果表明菌体外表面蛋白与这些功能有关。

2.2AD011暴露外表面蛋白的功能分析动物双歧杆菌AD011基因组预测的外表面蛋白功能分析结果见图2。

3讨论与结论

细菌外表面蛋白的数量和种类与微生物的特性和生长环境有着密切的联系，特别是与宿主之间的相互作用。如根癌土壤杆菌，它是一类普遍存在于土壤中的革兰氏阴性菌，图2动物双歧杆菌AD011外表面蛋白功能聚类

Fig.2Function clustering of outer surface proteins of B. animalis AD011植物根表面依靠根组织渗透出来的营养物质进行生存[10]。再如马铃薯晚疫病菌是引起马铃薯和西红柿晚疫病的病原菌，其生存环境主要是植物体内，分析发现潜在的分泌到细胞外蛋白为671个，占基因组蛋白总数的3%。越来越多菌株全基因组测序的完成使得采用基因组编码蛋白序列预测细菌外表面蛋白成为可能。最早预测革兰氏阳性菌外表面蛋白的方法是SurfG+，但该方法里的一些程序在网上不一定能随时获得，另外它主要用于预测革兰氏阳性菌。Perry等[9]于2013年提出了Inmembrane的分析方法，该方法对SurfG+方法进行了完善和补充，程序很容易网上在线获取，并且也可以对革兰氏阴性菌进行预测分析。

在该研究预测分析得到的双歧杆菌AD011的193个外表面蛋白中，78个蛋白没有功能注释，这部分蛋白将在以后进行进一步的功能研究和注释。在有功能注释的蛋白中，所占比例较大的是营养物质的代谢与转运，细胞壁、细胞膜生物合成，防御机制有关的蛋白。功能分析结果表明菌体外表面蛋白与这些功能有关。该研究获得的结果将对今后研究动物双歧杆菌AD011与宿主作用的分子机制提供标靶，同时也为益生菌领域的研究发展及应用分析提供数据基础。

参考文献

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