2017-08-24
益生菌是我们肠道中的“原著居民”，维持着肠道内免疫系统的平衡与稳定。在漫长的研究历史中发现，益生菌在治疗和预防腹泻、肠炎性疾病和部分免疫疾病上具有一定的作用。最近的研究也发现，乳杆菌和双歧杆菌还可以对一些心理障碍患者起到治疗作用。今天，我们的主角是干酪乳杆菌Lactobacillus casei，它是一种非常常见的益生菌，常用于食品发酵行业，与嗜酸乳杆菌和双歧杆菌并称为“健康三益菌”，一直是益生菌功能研究的重点对象。最近，在《Frontiers in immunology》（影响因子6.429）上发表了一篇关于干酪乳杆菌全基因组测序的文章，阐述了益生菌L. casei LC5的相关基因信息。
研究背景：
L. casei LC5具有一定的免疫调节功能，特别是对于过敏性皮炎有很好的治疗效果。目前，有200多株乳杆菌已经完成了全基因组测序工作，但L. casei作为与人体健康密切相关的益生菌，其可参考的完整基因组数量非常有限。本篇文章旨在对L. casei基因组进行比较研究，明确L. casei LC5的分类学关系及其功能特征。
测序平台：PacBio RS II平台
研究结果：
1、L. casei LC5基本基因组特征
通过第三代测序平台获得L. casei LC5的全基因组，基因组大小为3,132,867 bp，GC含量47.9%，编码蛋白序列为2,817个。
目前，NCBI上公布了37株干酪乳杆菌全基因组序列，可以将这些基因组根据GC含量分为两类，一类为高GC组，GC含量可以达到47.7-47.9%，另一类为低GC组，GC含量在46.2-46.6%范围内。其中，L. casei LC5与其它五种L.casei属于高GC组。除此之外，干酪乳杆菌组的其它菌株（Lactobacillus paracasei、Lactobacillus zeae和Lactobacillus rhamnosus）也存在这种规律。
2、L. casei的基因组比较分析
选取19株干酪乳杆菌基因组（10株L. casei，7株L. paracasei，1株L. zeae和1株L. rhamnosus）与菌株LC5进行比较分析。基于16S rRNA基因的系统进化分析发现，高GC组和低GC组间的系统发育距离高于0.003，而组内均低于0.001。ANI分析也表明，高GC组内的ANI值均高于94%，而高GC组和低GC组间的ANI值低于80%。
3、功能分类
通过与19个L. casei基因组的COG功能比较发现，L. casei LC5在G和K两个功能分类上，拥有的蛋白数量明显高于其它基因组，分别代表碳水化合物转运与代谢和转录相关功能。
结论
之前研究发现，发酵乳制品中分离的益生菌L. casei LC5对过敏性皮炎表现出很好的治疗作用。本文通过对菌株LC5与19个相关菌株的比较基因组分析，阐述了该益生菌的基因组概况和基因组特征。该基因组数据有利于了解能够缓解免疫疾病症状的微生物，促进功能性益生菌的开发并可用于免疫疾病的治疗。
文章索引
Kang J, Chung W-H, Lim T-J, Whon TW, Lim S, Nam Y-D. Complete genome sequence of Lactobacillus casei LC5, a potential probiotics for atopic dermatitis. Frontiers in Immunology, 2017, 8: 413.
