鼠李糖乳杆菌LGG 细胞壁蛋白的预测和功能分析

朱德全 高峰 姚嘉 张跃华 韩诚武 卢伟 栾积毅 刘向东

摘要 [目的]采用生物信息学方法预测鼠李糖乳杆菌LGG细胞壁蛋白和功能分析。[方法]以鼠李糖乳杆菌LGG基因组编码蛋白序列为研究对象，采用Phobius和SignalP 4.0软件分析该菌株的细胞壁蛋白，同时采用COG功能数据库对预测的细胞壁蛋白进行功能分析。[结果]鼠李糖乳杆菌LGG基因组中含有41个细胞壁蛋白，这些蛋白的功能分析结果显示，41个细胞壁蛋白中，25个蛋白没有功能注释，16个有功能注释，主要与细胞壁和细胞膜的生物合成，碳水化合物的代谢与转运，蛋白质的翻译后修饰等功能有关。[结论]该研究从结构和功能上分析鼠李糖乳杆菌细胞壁蛋白，为分析益生菌适应环境的分子特征打下基础。

关键词 鼠李糖乳杆菌LGG；基因组；细胞壁蛋白；功能

中图分类号 S188+.2 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2017）13-0141-02

Prediction and Functional Analysis of the Cell Wall Proteins in Lactobacillus rhamnosus LGG

ZHU De-quan1， GAO Feng2， YAO Jia3， LIU Xiang-dong3* 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]Cell wall proteins of Lactobacillus rhamnosus LGG were predicted and analyzed by bioinformatics. [Method]Cell wall proteins sequences of L. rhamnosus LGG were analyzed by SignalP 4.0 and Phobius software in this paper. At the same time， the functional annotation and clustering analysis of these predicted proteins were performed by COG functional database. [Result] There were 41 cell wall proteins which possessed cell wall motif. Function analysis of these proteins revealed that there were 25 proteins which have no function annotation and 16 proteins which have concrete function annotation. Function of these proteins was mainly involved in cell wall/membrane biogenesis， posttranslational modification， and metabolism and transport of carbohydrate， etc. [Conclusion] Structure and function of cell wall proteins of L. rhamnosus LGG were analyzed， which will provide the basic data for analyzing molecular characteristics of this strain to adopt environment.

Key words Lactobacillus rhamnosus LGG；Genome； Cell wall proteins；Function

LGG屬于乳杆菌属鼠李糖乳杆菌种，肠道黏附率高，具有调节肠道菌群、预防和治疗腹泻[1]、排除毒素、预防龋齿、提高机体免疫力等益生功能[1-3]。

鼠李糖乳杆菌LGG周围有一层厚厚的细胞壁，而细胞壁蛋白是通过特殊的锚定基序锚定在细胞壁上，如含有LPxTG结构的序列、LysM、PG等结合区域。细胞壁蛋白在适应外界环境并与外界环境发生作用时扮演重要的作用[4]。2009年该菌株完成了全基因组测序，该菌株基因组全长为3.01 Mb，2 703个编码蛋白。该菌株全基因组测序的完成[5]使得利用基因组数据进行功能基因组学分析得以实现，如细胞壁蛋白的基因组预测和分析。目前关于鼠李糖乳杆菌LGG细胞壁蛋白分析鉴定的报道较少。该研究用Phobius和SignalP4.0软件以及COG功能数据库分析该菌株的细胞壁蛋白和功能[6]，为分析益生菌适应环境的分子特征打下基础。

1 材料与方法

1.1 材料

GenBank公布的LGG编码蛋白质序列，其登录号是NC_013198.1。

1.2 方法

首先下载LGG基因组的编码蛋白序列，然后利用Phobius（http：//phobius.binf.ku.dk/）鉴定LGG基因组编码蛋白中含有LPxTG基序的蛋白质，并采用SignalP 4.0 软件（http：//www.cbs.dtu.dk/services/SignalP）分析信号肽和跨膜结构域，同时采用COG功能数据库（http：//eggnog.embl.de/）对分析得到的细胞壁蛋白进行功能分析。

2 结果与分析

2.1 鼠李糖乳杆菌LGG细胞壁蛋白分析

该研究采用生物信息学方法对鼠李糖乳杆菌LGG基因组中的2 703个蛋白进行细胞壁蛋白分析，具体结果见表1。

2.2 鼠李糖乳杆菌LGG细胞壁蛋白功能分析

41个细胞壁蛋白的功能分析结果表明，25个蛋白没有COG功能注释，结果见图1。

在16个有功能注释的蛋白中，有8个蛋白参与细胞壁和细胞膜的生物合成。2个蛋白（beta-N-acetylhexosaminidase和N-acetylmuramoyl-L-alanine amidase）参与碳水化合物的代谢与转运。2个蛋白[endopeptidase lactocepin （prtP）和cell envelope-associated proteinase，lactocepin PrtR]與蛋白质翻译后修饰，蛋白质更替有关，1个蛋白（crossover junction endoribonuclease subunit A）与复制、重组和修复有关，1个蛋白（ferrochelatase）与无机离子的转运与代谢有关，1个蛋白（N-acetylmuramoyl-L-alanine amidase）与信号转导机制有关，还有1个蛋白（alpha/beta hydrolase superfamily protein）只是预测的功能。

3 讨论

鼠李糖乳杆菌LGG是一种被广泛应用的益生菌菌株，细菌细胞壁蛋白是通过特殊的结构锚定在细胞壁上，对细胞壁蛋白的分析是研究鼠李糖乳杆菌适应环境分子机制的重要途径。但由于该类蛋白处于较厚的细胞壁之间，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]。全基因组序列的完成，可以采用生物信息学分析细胞壁，可以作为蛋白组学方法的补充。

该研究采用生物信息学方法对鼠李糖乳杆菌LGG细胞壁蛋白进行预测和分析，发现41个细胞壁蛋白的锚定序列，功能分析结果显示，有功能注释的细胞壁蛋白中大多数蛋白与细胞壁、细胞膜的生物合成，碳水化合物的代谢与转运，蛋白质的翻译后修饰等有关。该方法从结构和功能上分析获得一致的结果，另外大多数细胞壁蛋白功能未知，还需要进一步注释和分析。

参考文献

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[3] PACE F，PACE M，QUARTARONE G.Probiotics in digestive diseases：Focus on Lactobacillus GG[J].Minerva gastroenterologica e dietologica，2015，61（4）：273-292.

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