嗜酸乳桿菌基因組的研究進展

嗜酸乳桿菌（Lactobacillus acidophilus） 是乳桿菌科中的乳桿菌屬，為 G+菌，形態(tài)呈細(xì)長桿狀，是機體腸道內(nèi)重要的益生菌之一。該菌與宿主健康息息相關(guān)，具有調(diào)節(jié)腸道微生物菌群、增強免疫力、降低血脂和血清膽固醇、抑制病原菌等益生功能，現(xiàn)已被越來越多地用于食品、醫(yī)藥、飼料等領(lǐng)域。

嗜酸乳桿菌參考菌株 NCFM（Lactobacillusacidophilus NCFM）是一種重要的商業(yè)化益生菌株，經(jīng)常以益生菌的形式應(yīng)用在嬰兒配方乳粉、酸奶和液態(tài)乳制品中。

2005 年 Altermann 等人對該菌株進行了全基因組測序，該菌株基因組全長為 1.99 Mb，G+C 含量為34.7，1927 個基因，1832個編碼蛋白。越來越多的嗜酸乳桿菌菌株完成基因組測序，本文就嗜酸乳桿菌基因組的最新研究進展、重要功能基因和比較基因組進行了綜述，旨在進一步挖掘功能基因提供參考。

嗜酸乳桿菌基因組概況

隨著**株嗜酸乳桿菌 NCFM 全基因組測序的完成，從基因組層面上，揭示了該菌的細(xì)菌素編碼基因簇、胞外多糖，蛋白水解系統(tǒng)，碳水化合物代謝，黏附因子等方面的基因組特征。從此以后，越來越多的菌株被基因組測序，至2017 年 4 月，完成嗜酸乳桿菌基因組全圖菌株有 3 株，基因組草圖 15 株。已完成的嗜酸乳桿菌全基因組測序的基因組概況見表 1，基因組草圖見表 2。

從表 1 可以看出，已經(jīng)完成全基因組測序的嗜酸乳桿菌菌株有 3 株，NCFM、La - 14 和 FSI4。嗜酸乳桿菌的基因組大小在 1.99Mb 左右，GC 含量 34%，基因數(shù)目從1927-1948，蛋白數(shù)目從1832-1845。基因組草圖15株，其中菌株：嗜酸乳桿菌乳亞種 DSM 9126 編碼基因和蛋白數(shù)目最多，基因數(shù)目為 1944，蛋白數(shù)目 1827。

表 1 嗜酸乳桿菌全基因組測序基因組概況

表 2 嗜酸乳桿菌基因組草圖概況

嗜酸乳桿菌重要功能基因

嗜酸乳桿菌基因組中含有調(diào)控多糖代謝的操縱子msm，該操縱子與低聚糖的轉(zhuǎn)運有關(guān)。同時，基因組中含有能夠利用多種低聚糖酶類的編碼基因，如：轉(zhuǎn)化酶（EC 3.2.1.26），菊粉酶（EC 3.2.1.7），果聚糖酶（EC3.2.1.65），呋喃果糖苷酶（EC 3.2.1.26），果聚糖酶（EC 3.2.1.80）和果聚糖水解酶（EC 3.2.1.64）。在基因組中盡管這些酶類定義多樣化，但它們都屬于轉(zhuǎn)化酶家族的成員，包括糖基水解酶 32 和 68。基因組中編碼雙組份調(diào)控系統(tǒng)，作為環(huán)境脅迫應(yīng)答的調(diào)節(jié)子，如嗜酸乳桿菌 NCFM 基因組中含有 12 個雙組份調(diào)控系統(tǒng)的蛋白構(gòu)件編碼基因：LBA0001、LBA1700、LBA0603LBA1798、LBA0083、LBA0079、LBA0602、LBA1799、LBA1969、LBA1431、LBA0078 和LBA1659。 嗜酸乳桿菌中這些雙組份調(diào)控系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)蛋白在膽鹽脅迫中調(diào)控碳水化合物代謝相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄水平以應(yīng)對膽鹽脅迫。

同時基因組中還含有種類齊全的分子伴侶蛋白，如嗜酸乳桿菌 NCFM 基因組中含有 HSP20， HSP33，GroEL，Clp， DnaJ， DnaK， GrpE， HtpX 等種類的分子伴侶蛋白，同樣在環(huán)境脅迫應(yīng)答中發(fā)揮重要作用。

展望

通過對大量嗜酸乳桿菌基因組進行全基因組測序，可獲得基因組結(jié)構(gòu)差異、物種進化及功能基因等相關(guān)信息。

嗜酸乳桿菌基因組學(xué)的研究將加速其理論和應(yīng)用研究的進程，也將從基因組水平上分析嗜酸乳桿菌分類系統(tǒng)和揭示該菌的進化規(guī)律，加速優(yōu)良菌株的選育和改造奠定理論基礎(chǔ)。同時隨著嗜酸乳桿菌轉(zhuǎn)錄組學(xué)和蛋白質(zhì)組學(xué)以及相關(guān)交叉學(xué)科如生物信息學(xué)、計算機科學(xué)等學(xué)科的進一步發(fā)展，深入挖掘基因組數(shù)據(jù)，促進嗜酸乳桿菌的應(yīng)用。