动物双歧杆菌AD011表面脂蛋白的全基因组预测和功能分析

栗金柳 王茗悦 朱德全 高峰 于陆雪子 周金影 郝莹莹 张宛麟 周博

摘要[目的]运用生物信息学方法预测动物双歧杆菌AD011定位于细胞膜的表面脂蛋白，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SignalP 4.0和LipoP软件对动物双歧杆菌AD011全基因组编码蛋白中表面脂蛋白和信号肽进行预测，同时采用COG 功能数据库对预测的脂蛋白进行功能注释和聚类分析。[结果]对动物双歧杆菌AD011基因组1 518个蛋白的表面脂蛋白预测，结果表明，19个蛋白具有脂蛋白信号肽。功能分析显示，该菌株19个脂蛋白中有3个蛋白没有功能注释，16个蛋白有功能注释，其中10个蛋白参与氨基酸代谢与转运、3个蛋白参与碳水化合物代谢与转运，3个蛋白参与无机盐离子代谢与转运。[结论]动物双歧杆菌AD011表面脂蛋白参与的功能主要与营养物质的转运和代谢有关。

关键词动物双歧杆菌；基因组；脂蛋白；信号肽

中图分类号TS201.3文献标识码A文章编号0517-6611（2017）11-0117-02

Abstract[Objective] The surface lipoproteins of Bifidobacterium animalis AD011 were predicted by bioinformatics method， which provided the basis for interaction molecular mechanisms between bacteria and their host.[Method] SignalP 4.0 and LipoP softwares were used to analyze the lipoproteins and characteristic of signal peptides. Function of lipoproteins was also analyzed by COG database.[Result] There were 19 proteins which possessed signal peptide of lipoproteins from 1 518 proteins coded by B. animalis AD011 genome.Function analysis revealed that the strain contains 3 hypothetical proteins without function annonation.16 proteins have function annonation which mainly involved in amino acid metabolism and transport（10 proteins）， transport of carbohydrate metabolism（3 proteins）， metabolism of inorganic ion transport（3 proteins）.[Conclusion] Function of surface lipoproteins of B. animalis AD011 are mainly associated with the transport and metabolism of nutrients.

Key wordsBifidobacterium animalis；Genome；Lipoproteins；Signal peptide

動物双歧杆菌AD011是一种重要的商业化益生菌株，被认为是“GRAS”食品原料[1]，它具有较强的耐酸和耐胆汁能力，优良的肠道黏附能力。2009年对该菌株进行了全基因组测序和功能注释，该菌株基因组全长为1.933 Mb，1 614个基因，1 518个编码蛋白。该菌株全基因组序列的完成使该菌株的研究进入功能基因组学时代[2]。

细菌定位于细胞膜表面的脂蛋白在适应外界环境，与宿主细胞发生相互作用等方面起到非常重要作用，表面脂蛋白引起一些研究者的关注，研究发现，位于双歧杆菌表面的脂蛋白BopA与黏附作用有关[3-5]。但目前大规模地分析鉴定双歧杆菌脂蛋白还少见报道。笔者利用SignalP 4.0、LipoP软件分析动物双歧杆菌AD011的表面脂蛋白和功能[3]，为后续研究细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的基因组编码蛋白质序列，GenBank 的登录号是NC_011835.1。

1.2方法

1.2.1表面脂蛋白的筛选。利用SignalP 4.0 软件（http：//www.cbs.dtu.dk/services/SignalP）对动物双岐杆菌AD011基因组蛋白进行初筛，Sprob>0.8或 Smean>0.6 初步认为具有I型信号肽。同时利用LipoP1.0 软件（http：//www.cbs.dtu.dk/services/LipoP/）分析是否可以被Spase I 型信号肽酶和II 型信号肽酶识别和跨膜螺旋数[6]，具有脂蛋白信号肽同时跨膜螺旋数目≤1的蛋白归为表面脂蛋白。

1.2.2脂蛋白信号肽的分析和功能注释。统计分析预测的脂蛋白，采用COG（http：//eggnog.embl.de/）功能数据库对分析得到的脂蛋白进行功能注释，同时进行聚类分析。

2结果与分析

2.1动物双歧杆菌AD011基因组表面脂蛋白分析对动物双歧杆菌AD011基因组中的1 518个蛋白进行表面脂蛋白分析，结果见表1。

根据LipoP 1.0 软件分析发现，能被Spase II 信号肽酶所识别的脂蛋白有19个。在这19个脂蛋白中又具有SpaseⅠ 信号肽酶所识别的蛋白18个，在脂蛋白中具有跨膜螺旋的蛋白8个。

2.2动物双歧杆菌AD011基因组表面脂蛋白功能分析表面脂蛋白的功能分析结果表明，3个蛋白没有COG功能注释，16个蛋白有功能注释，其中10个蛋白参与氨基酸代谢与转运，3个蛋白参与碳水化合物代谢与转运，3个蛋白参与无机盐离子代谢与转运（图1）。

3讨论

细菌脂蛋白是定位于细胞膜的一类含有疏水性区域的蛋白。该类蛋白位于菌体的表面，是微生物吸收营养物质、适应并与外界环境发生相互作用的物质基础[7-8]。由于该

类蛋白具有疏水性区域，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[9-10]。动物双歧杆菌具有较强的耐受环境胁迫能力和黏附能力，经常作为益生菌添加到食品和保健品中。越来越多的动物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脂蛋白成为可能[11]。该研究以常用的菌株動物双歧杆菌AD011的全基因组序列为研究对象，采用生物信息学方法对动物双歧杆菌AD011脂蛋白进行预测和功能分析。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。该结果将为今后研究该类蛋白在介导益生菌与宿主细胞黏附定殖、与外界环境相互作用的分子机制方面奠定基础。

参考文献

[1] 孙建华，孙宇峰，王金英，等.动物双歧杆菌发酵乳对肠道菌群的调节功能研究[J].黑龙江科学，2013，4（6）：30-33.

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

[3] GLEINSER M，GRIMM V，ZHURINA D，et al.Improved adhesive properties of recombinant bifidobacteria expressing the Bifidobacterium bifidumspecific lipoprotein BopA[J].Microbial cell factories，2012，11：80.

[4] GUGLIELMETTI S，TAMAGNINI I，MORA D，et al.Implication of an outer surface lipoprotein in adhesion of Bifidobacterium bifidum to Caco2 cells[J].Applied and environmental microbiology，2008，74（15）：4695-4702.

[5] TOBA T，VIRKOLA R，WESTERLUND B，et al.A collagenbinding slayer protein in Lactobacillus crispatus[J].Applied and environmental microbiology，1995，61（7）：2467-2471.

[6] BABU M M，PRIYA M L，SELVAN A T，et al.A database of bacterial lipoproteins（DOLOP）with functional assignments to predicted lipoproteins[J].Journal of bacteriology，2006，188（8）：2761-2773.

[7] BARINOV A，LOUX V，HAMMANI A，et al.Prediction of surface exposed proteins in Streptococcus pyogenes，with a potential application to other Grampositive bacteria[J].Proteomics，2009，9（1）：61-73.

[8] RUIZ L，DELGADO S，RUASMADIEDO P，et al.Proteinaceous molecules mediating Bifidobacteriumhost interactions[J].Frontiers in microbiology，2016，7：1193.

[9] GILAD O，HJERNO K，OSTERLUND E C，et al.Insights into physiological traits of Bifidobacterium animalis subsp.lactis BB12 through membrane proteome analysis[J].Journal of proteomics，2012，75（4）：1190-1200.

[10] GILAD O，SVENSSON B，VIBORG A H，et al.The extracellular proteome of Bifidobacterium animalis subsp.lactis BB12 reveals proteins with putative roles in probiotic effects[J].Proteomics，2011，11（12）：2503-2514.

[11] MILANI C，DURANTI S，LUGLI G A，et al.Comparative genomics of Bifidobacterium animalis subsp.lactis reveals a strict monophyletic bifidobacterial taxon[J].Applied and environmental microbiology，2013，79（14）：4304-4315.安徽农业科学，Journal of Anhui Agri. Sci.2017，45（11）：119-120，149