朱德全 王茗悅 姚嘉 張躍華 韓誠武 盧偉 欒積毅 劉向東

摘要[目的]運用生物信息學方法預測動物雙歧桿菌AD011錨定于細胞壁的蛋白并進行功能分析，為后續(xù)研究該菌與宿主相互作用的分子機制提供基礎資料。[方法]用Phobius和SignalP 4.0軟件對動物雙歧桿菌AD011全基因組編碼蛋白中細胞壁蛋白進行預測，同時采用COG （Cluster of Orthologous Groups of proteins）功能數(shù)據(jù)庫對預測的細胞壁蛋白進行功能注釋和聚類分析。[結(jié)果]動物雙歧桿菌AD011基因組1 518個編碼蛋白中，11個蛋白含有細胞壁的錨定基序，6個蛋白含有LP×TG基序，1個蛋白含有LysM基序，1個蛋白含有PG結(jié)合區(qū)域，2個蛋白含有SLH結(jié)構(gòu)域，1個蛋白含有NLPC_P60結(jié)構(gòu)域。細胞壁蛋白功能分析結(jié)果顯示，11個細胞壁蛋白中，9個蛋白沒有功能注釋，2個蛋白（NLP/P60 protein和1，4-beta-N-acetylmuramidase）參與細胞壁和細胞膜的生物合成。[結(jié)論]動物雙歧桿菌AD011大多數(shù)細胞壁蛋白功能未知，還需在以后的研究中進行進一步的功能注釋。

關鍵詞兩歧雙歧桿菌；基因組；細胞壁蛋白；功能

中圖分類號S852.6文獻標識碼

A文章編號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

動物雙歧桿菌具有較強的耐受環(huán)境脅迫能力，如AD011，它是目前應用較多的益生雙歧桿菌菌株之一[1]。雙岐桿菌的細胞壁蛋白在介導菌體與宿主細胞黏附定植、與外界環(huán)境相互作用方面起著非常重要的作用[2-3]。2009年該菌株完成了全基因組測序和功能注釋，該菌株有1 614個基因，1 518個編碼蛋白[4]。

動物雙歧桿菌AD011作為一種革蘭氏陽性菌，菌體最外含有一層較厚的細胞壁，主要由肽聚糖和磷壁酸組成。在細胞壁的外周有時錨定有蛋白質(zhì)，這些蛋白質(zhì)通過特殊的結(jié)構(gòu)錨定在細胞壁上，如含有LP×TG結(jié)構(gòu)的區(qū)段、LysM、PG等區(qū)域，由于細胞壁蛋白處于菌體的外層，在適應外界環(huán)境和與宿主細胞之間發(fā)生相互作用方面具有重要的作用。

細胞壁蛋白具有特殊的序列結(jié)構(gòu)，可以以細菌基因組序列通過生物信息學的方法預測分析這類蛋白。孫理云[5]采用生物信息學方法對2型豬鏈球菌98HAH33細胞壁結(jié)合蛋白進行了分析，結(jié)果有9種LP×TG結(jié)構(gòu)分選酶底物、2種具有LysM域的蛋白。目前

大規(guī)模地分析鑒定動物雙歧桿菌細胞壁蛋白鮮見報道。筆者用Phobius、SignalP 4.0、COG功能數(shù)據(jù)庫分析動物雙歧桿菌AD011的細胞壁蛋白和功能[6]，以期為后續(xù)研究該菌與宿主相互作用的分子機制提供基礎資助。

1材料與方法

1.1材料美國國立生物技術信息中心（NCBI）GenBank公布的動物雙歧桿菌AD011基因組編碼的蛋白質(zhì)序列，GenBank 的登錄號是NC_011835.1。

1.2方法

利用Phobius（http：//phobius.binf.ku.dk/）鑒定出含有LP×TG基序的蛋白質(zhì)，SignalP 4.0 軟件（http：//www.cbs.dtu.dk/services/SignalP）對動物雙歧桿菌AD011基因組蛋白的信號肽進行分析，采用COG（Cluster of Orthologous Groups of proteins，http：//eggnog.embl.de/）功能數(shù)據(jù)庫對分析得到的細胞壁蛋白進行功能注釋，同時進行聚類分析。

2結(jié)果與分析

2.1動物雙歧桿菌AD011基因組細胞壁蛋白分析

該研究使用生物信息學方法對動物雙歧桿菌AD011基因組中的1 518個編碼蛋白進行細胞壁蛋白分析，結(jié)果見表1。動物雙歧桿菌AD011基因組1 518個編碼蛋白中，11個蛋白含有細胞壁的錨定結(jié)構(gòu)域，其中含有LP×TG錨定基序的蛋白有6個，含有LysM基序的蛋白有1個，含有NLPC_P60基序的蛋白有1個，含有PG錨定基序的蛋白有1個，含有SLH結(jié)構(gòu)域的蛋白有2個。

2.2動物雙歧桿菌AD011基因組細胞壁蛋白功能分析

11個細胞壁蛋白的功能分析結(jié)果表明，9個蛋白沒有COG功能注釋，沒有具體的功能注釋，這些蛋白的功能在以后還需要進一步的研究和分析。只有2個蛋白（NLP/P60 protein和1，4-beta-N-acetylmuramidase）參與細胞壁和細胞膜的生物合成。

3討論與結(jié)論

細菌細胞壁蛋白是通過特殊的結(jié)構(gòu)錨定在細胞壁上，由于細胞壁蛋白處于菌體的外層，在適應外界環(huán)境和與宿主細胞之間發(fā)生相互作用方面具有重要的作用[5]。但由于該類蛋白處于較厚的細胞壁之間，具有疏水性區(qū)域，分離和鑒定相對較困難，傳統(tǒng)的電泳方法不能完全鑒定這類蛋白[7-8]。越來越多的雙歧桿菌菌株基因組測序的完成，使得以基因組序列為對象采用生物信息學方法分析細胞壁蛋白成為可能[9]。該研究以商業(yè)菌株動物雙歧桿菌AD011基因組序列為對象，采用生物信息學方法對該菌的細胞壁蛋白進行預測和功能分析。分析發(fā)現(xiàn)1 518個編碼蛋白中，11個蛋白含有細胞壁的錨定結(jié)構(gòu)域。功能分析結(jié)果顯示，11個細胞壁蛋白中有9個蛋白沒有功能注釋。該方法具有系統(tǒng)性、整體性等特點，與傳統(tǒng)的蛋白質(zhì)組學方法互為補充。大多數(shù)細胞壁蛋白功能未知，還需要在以后的研究中進一步分析和注釋。

參考文獻

[1]

SERAFINI F，STRATI F，RUAS-MADIEDO P，et al.Evaluation of adhesion properties and antibacterial activities of the infant gut commensal Bifidobacterium bifidum PRL2010[J].Anaerobe，2013，21：9-17.

[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，F(xiàn)ORONI 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] 孫理云.用生物信息學方法預測2型豬鏈球菌98HAH33細胞壁結(jié)合蛋白[J].中國人獸共患病學報，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.