鼠李糖乳桿菌LGG 細(xì)胞壁蛋白的預(yù)測(cè)和功能分析

朱德全 高峰 姚嘉 張躍華 韓誠(chéng)武 盧偉 欒積毅 劉向東

摘要 [目的]采用生物信息學(xué)方法預(yù)測(cè)鼠李糖乳桿菌LGG細(xì)胞壁蛋白和功能分析。[方法]以鼠李糖乳桿菌LGG基因組編碼蛋白序列為研究對(duì)象，采用Phobius和SignalP 4.0軟件分析該菌株的細(xì)胞壁蛋白，同時(shí)采用COG功能數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)預(yù)測(cè)的細(xì)胞壁蛋白進(jìn)行功能分析。[結(jié)果]鼠李糖乳桿菌LGG基因組中含有41個(gè)細(xì)胞壁蛋白，這些蛋白的功能分析結(jié)果顯示，41個(gè)細(xì)胞壁蛋白中，25個(gè)蛋白沒有功能注釋，16個(gè)有功能注釋，主要與細(xì)胞壁和細(xì)胞膜的生物合成，碳水化合物的代謝與轉(zhuǎn)運(yùn)，蛋白質(zhì)的翻譯后修飾等功能有關(guān)。[結(jié)論]該研究從結(jié)構(gòu)和功能上分析鼠李糖乳桿菌細(xì)胞壁蛋白，為分析益生菌適應(yīng)環(huán)境的分子特征打下基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞 鼠李糖乳桿菌LGG；基因組；細(xì)胞壁蛋白；功能

中圖分類號(hào) S188+.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 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屬于乳桿菌屬鼠李糖乳桿菌種，腸道黏附率高，具有調(diào)節(jié)腸道菌群、預(yù)防和治療腹瀉[1]、排除毒素、預(yù)防齲齒、提高機(jī)體免疫力等益生功能[1-3]。

鼠李糖乳桿菌LGG周圍有一層厚厚的細(xì)胞壁，而細(xì)胞壁蛋白是通過特殊的錨定基序錨定在細(xì)胞壁上，如含有LPxTG結(jié)構(gòu)的序列、LysM、PG等結(jié)合區(qū)域。細(xì)胞壁蛋白在適應(yīng)外界環(huán)境并與外界環(huán)境發(fā)生作用時(shí)扮演重要的作用[4]。2009年該菌株完成了全基因組測(cè)序，該菌株基因組全長(zhǎng)為3.01 Mb，2 703個(gè)編碼蛋白。該菌株全基因組測(cè)序的完成[5]使得利用基因組數(shù)據(jù)進(jìn)行功能基因組學(xué)分析得以實(shí)現(xiàn)，如細(xì)胞壁蛋白的基因組預(yù)測(cè)和分析。目前關(guān)于鼠李糖乳桿菌LGG細(xì)胞壁蛋白分析鑒定的報(bào)道較少。該研究用Phobius和SignalP4.0軟件以及COG功能數(shù)據(jù)庫(kù)分析該菌株的細(xì)胞壁蛋白和功能[6]，為分析益生菌適應(yīng)環(huán)境的分子特征打下基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料

GenBank公布的LGG編碼蛋白質(zhì)序列，其登錄號(hào)是NC_013198.1。

1.2 方法

首先下載LGG基因組的編碼蛋白序列，然后利用Phobius（http：//phobius.binf.ku.dk/）鑒定LGG基因組編碼蛋白中含有LPxTG基序的蛋白質(zhì)，并采用SignalP 4.0 軟件（http：//www.cbs.dtu.dk/services/SignalP）分析信號(hào)肽和跨膜結(jié)構(gòu)域，同時(shí)采用COG功能數(shù)據(jù)庫(kù)（http：//eggnog.embl.de/）對(duì)分析得到的細(xì)胞壁蛋白進(jìn)行功能分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 鼠李糖乳桿菌LGG細(xì)胞壁蛋白分析

該研究采用生物信息學(xué)方法對(duì)鼠李糖乳桿菌LGG基因組中的2 703個(gè)蛋白進(jìn)行細(xì)胞壁蛋白分析，具體結(jié)果見表1。

2.2 鼠李糖乳桿菌LGG細(xì)胞壁蛋白功能分析

41個(gè)細(xì)胞壁蛋白的功能分析結(jié)果表明，25個(gè)蛋白沒有COG功能注釋，結(jié)果見圖1。

在16個(gè)有功能注釋的蛋白中，有8個(gè)蛋白參與細(xì)胞壁和細(xì)胞膜的生物合成。2個(gè)蛋白（beta-N-acetylhexosaminidase和N-acetylmuramoyl-L-alanine amidase）參與碳水化合物的代謝與轉(zhuǎn)運(yùn)。2個(gè)蛋白[endopeptidase lactocepin （prtP）和cell envelope-associated proteinase，lactocepin PrtR]與蛋白質(zhì)翻譯后修飾，蛋白質(zhì)更替有關(guān)，1個(gè)蛋白（crossover junction endoribonuclease subunit A）與復(fù)制、重組和修復(fù)有關(guān)，1個(gè)蛋白（ferrochelatase）與無機(jī)離子的轉(zhuǎn)運(yùn)與代謝有關(guān)，1個(gè)蛋白（N-acetylmuramoyl-L-alanine amidase）與信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)機(jī)制有關(guān)，還有1個(gè)蛋白（alpha/beta hydrolase superfamily protein）只是預(yù)測(cè)的功能。

3 討論

鼠李糖乳桿菌LGG是一種被廣泛應(yīng)用的益生菌菌株，細(xì)菌細(xì)胞壁蛋白是通過特殊的結(jié)構(gòu)錨定在細(xì)胞壁上，對(duì)細(xì)胞壁蛋白的分析是研究鼠李糖乳桿菌適應(yīng)環(huán)境分子機(jī)制的重要途徑。但由于該類蛋白處于較厚的細(xì)胞壁之間，分離和鑒定相對(duì)較困難，傳統(tǒng)的電泳方法不能完全鑒定這類蛋白[7- 8]。全基因組序列的完成，可以采用生物信息學(xué)分析細(xì)胞壁，可以作為蛋白組學(xué)方法的補(bǔ)充。

該研究采用生物信息學(xué)方法對(duì)鼠李糖乳桿菌LGG細(xì)胞壁蛋白進(jìn)行預(yù)測(cè)和分析，發(fā)現(xiàn)41個(gè)細(xì)胞壁蛋白的錨定序列，功能分析結(jié)果顯示，有功能注釋的細(xì)胞壁蛋白中大多數(shù)蛋白與細(xì)胞壁、細(xì)胞膜的生物合成，碳水化合物的代謝與轉(zhuǎn)運(yùn)，蛋白質(zhì)的翻譯后修飾等有關(guān)。該方法從結(jié)構(gòu)和功能上分析獲得一致的結(jié)果，另外大多數(shù)細(xì)胞壁蛋白功能未知，還需要進(jìn)一步注釋和分析。

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