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，形態呈細長桿狀，是機體腸道內重要的益生菌之一。該菌與宿主健康息息相關，具有調節腸道微生物菌群、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，現已被越來越多地用于食品、醫藥、飼料等領域。

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

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

隨著第一株嗜酸乳桿菌 NCFM 全基因組測序的完成，從基因組層面上，揭示了該菌的細菌素編碼基因簇、胞外多糖，蛋白水解系統，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%，基因數目從1927-1948，蛋白數目從1832-1845?；蚪M草圖15株，其中菌株：嗜酸乳桿菌乳亞種 DSM 9126 編碼基因和蛋白數目最多，基因數目為 1944，蛋白數目 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控多糖代謝的操縱子msm，該操縱子與低聚糖的轉運有關。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，但它們都屬于轉化酶家族的成員，包括糖基水解酶 32 和 68?；蚪M中編碼雙組份調控系統，作為環境脅迫應答的調節子，如嗜酸乳桿菌 NCFM 基因組中含有 12 個雙組份調控系統的蛋白構件編碼基因：LBA0001、LBA1700、LBA0603LBA1798、LBA0083、LBA0079、LBA0602、LBA1799、LBA1969、LBA1431、LBA0078 和LBA1659。 嗜酸乳桿菌中這些雙組份調控系統中的轉錄調節蛋白在膽鹽脅迫中調控碳水化合物代謝相關基因的轉錄水平以應對膽鹽脅迫。

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，同樣在環境脅迫應答中發揮重要作用。

展望

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

嗜酸乳桿菌基因組學的研究將加速其理論和應用研究的進程，也將從基因組水平上分析嗜酸乳桿菌分類系統和揭示該菌的進化規律，加速優良菌株的選育和改造奠定理論基礎。同時隨著嗜酸乳桿菌轉錄組學和蛋白質組學以及相關交叉學科如生物信息學、計算機科學等學科的進一步發展，深入挖掘基因組數據，促進嗜酸乳桿菌的應用。