第1篇：人类的卷曲乳杆菌分离物的比较基因组学揭示了糖基化和糖原降解的基因：阴道微生物群的体内优势

VM：阴道微生物群

LVM：乳酸菌为主的阴道微生物群

DVM：阴道微生物菌群失调的阴道微生物群

Comparative genomics：比较基因组学

EPS：胞外多糖

contig：拼接软件基于reads之间的overlap区，拼接获得的序列称为contig（重叠群）

pan-genome：泛基因组，泛基因组即某一物种全部基因的总称，包括核心基因组（core genome），在所有菌株中都存在的基因；以及非必须基因组(dispensable genome)

COG：正构基团的簇

GC含量：在DNA4种碱基中，鸟嘌呤和胞嘧啶所占的比率称为GC含量，GC含量愈高，DNA的密度也愈高，同时热及碱不易使之变性，因此利用这一特性便可进行DNA的分离或测定。

转座酶：执行转座功能的酶，通常由转座子编码，识别转座子两端的特异序列，能把转座子从相邻序列中脱离出来，再插入到新的DNA靶位点，无同源性要求。

GT：糖基转移酶，糖基转移酶在生物体内催化活化的糖连接到不同的受体分子，如蛋白、核酸、寡糖、脂和小分子上，糖基化的产物具有很多生物学功能。葡萄糖基转移酶是在酶反应中只转移葡萄糖基的酶（Glu-酶），葡萄糖苷转移酶是转移时连葡萄糖的糖苷键一起转移着的酶。

---

研究目的：LVM中的卷曲乳杆菌和DVM中的卷曲乳杆菌有什么不同（从表型或基因上）

---

让卷曲乳杆菌在阴道粘膜中占支配地位的细菌特征：

1）阴道黏膜表面生物膜的形成

2）抗菌物质的产生

3）有效利用有效的营养——尤其是糖原

4）宿主免疫原性反应的调节

---

提出的观点

1）编码酶的基因组岛参与了卷曲乳杆菌副基因组的EPS的合成，并假设菌株在这一性状上的差异可能导致生物膜的形成、粘附和病原体竞争排斥的差异；

2）卷曲乳杆菌可以通过乳酸的产生有效抑制泌尿生殖道病原菌（但这些研究仅包括了来自健康女性的菌株）；

3）阴道乳酸杆菌发酵糖原从而产生乳酸是普遍共识，但没有实际证据表明卷曲乳杆菌产生的酶降解了糖原；

4）LVM与抗炎的阴道细胞因子相关。

---

卷曲乳杆菌菌株筛选及全基因组测序

共分离到33株卷曲乳杆菌：

16个来自LVM样本

17个来自DVM样本

经过全基因组测序后，丢弃5个contigs：

4个菌株来自LVM

1个菌株来自DVM

剩余28个分离株组装起来并用于比较基因组学

12个来自LVM

16个来自DVM

---

卷曲乳杆菌的泛基因组

28个卷曲乳杆菌基因组的平均长度为2.31Mbp（范围为2.16-2.56Mbp），略大于参考基因组（125-2-CHN；2.04Mbp）；

基因组GC含量平均为36.8%，与其他乳酸菌相似；

每个菌株平均注释2099个基因，28个卷曲杆菌基因组包含4261个不同的基因家族；

核心基因组由1429个基因组成（相当于给定基因组的68%）

每个菌株的辅助基因组平均为618个基因（约30%）

每个菌株平均有54个独特基因（约2%）

LVM和DVM分离株的附属基因和独特基因数量差异不明显，LVM分离株的平均基因数分别为621（481～855）和55（5～243），DVM分离株的平均基因数分别为615（488～837）和53（1～250）

---

从DVM分离的菌株中，糖基转移酶基因片段丰富

在比较基因组学分析中，我们的目的是确定基因具体到菌株分离来自LVM还是DVM

我们观察到三个转座酶中的一个被进一步归类为IS30家族转座酶，在DVM分离株中比在LVM分离株中更丰富

IS30转座酶基因与基因组不稳定相关，此前已发现在商业的Lactobacillus rhamnosus GG益生菌菌株中存在基因组缺失

最值得注意的是：我们观察到来自DVM的菌株比来自LVM的菌株更有可能携带单个糖基转移酶的三个基因片段

考虑到所有这些片段都与L.crispatus 125-2-CHN的非片段GT基因对其，我们假设这三个片段属于同一个GT。然而，crispatus的基因包含三个GT片段中的一个或多个，而周围的基因在菌株中是保守的。

510bp的第一个片段包含真正的GT折叠域，因此可能负责GT的催化活性；第二和第三个片段相对较短，分别为228bp和328bp，与已知的GT褶皱没有显著的关系。

---

从LVM分离的菌株与从DVM分离的菌株在表型上没有明显区别

对卷曲乳杆菌的表型研究没有显示任何生物被膜的形成——通过结晶紫试验评估，除了一个菌株（RL19）产生一个弱生物被膜。

从LVM分离的菌株产生的有机酸量与从DVM分离的菌株在化学定义的模拟阴道液体培养基上生长时产生的有机酸量相似。

我们也评估了一种常见的泌尿生殖系统病原体（Nsisseria gonorrhoeae）的抗菌活性，从LVM和DVM分离的菌株的抑制效果相似。

---

LVM和DVM分离株的糖原特异性生长

在28个具有完整基因组的菌株中，我们测试了25个菌株（12个LVM，13个DVM）在糖原上的生长

我们比较了以糖原为碳源的无糖NYCIII培养基与以葡萄糖为糖原NYCIII培养基（阳性对照）和以水为补充的NYCIII培养基（阴性对照）

除了一株（RL05）外，其余菌株均在糖原上生长，然而6株菌株（RL02、RL06、RL07、RL09、RL26）在糖原上的生长效率明显降低。

糖原上的生长与菌株是否从LVM或DVM分离无关

---

糖原上的生长与I型普鲁兰酶基因的变异有关

我们对糖原生长实验进行了基因形状分析，因为糖原被认为是卷曲乳杆菌可以直接获得的关键营养物质。

我们在曲卷乳杆菌基因组中寻找可能参与糖原代谢的酶存在或者缺失。

因此我们寻找同源序列

1）在大肠杆菌中的glycogen debranching enzyme

2）Streptococcus agalactiae pullulanase

3）拟杆菌属的SusB

4）枯草芽孢杆菌的amylase

这项研究找到了一个与glgX基因相似的基因，这个基因被注释为普鲁兰酶I型基因，除了两个菌株（RL31，RL32）外，所有菌株都携带该基因的副本。

所有生长效率较低的菌株在N的末端哦独有29个氨基酸缺失，没有生长的菌株除了下游37个氨基酸缺失外，在与其他菌株相同的区域中还有8个氨基酸缺失。

---

本文的主要发现

比较基因组学分析显示，与从LVM分离的菌株相比，从DVM分离的菌株基因组中更频繁地发现糖基转移酶基因，表明在失调的条件下，在卷曲乳杆菌中携带该基因具有适合性优势，并且表面糖缀合物子微生物群-宿主相互作用中发挥作用。

在有关生物膜形成、抗菌活性和养分利用的对比实验表明，这两组菌株在表型上没有差异。

这篇文章具有特别新颖的是，我们发现这些临床分离的卷曲乳杆菌能够在糖原上生长，并且普鲁兰酶I型基因的变异与这种活性相关。

---

阴道菌群失调的情况可能使卷曲乳杆菌改变其糖基

几项研究表明，阴道失调与促炎症反应增加有关，包括促炎症趋化因子和细胞因子的增加，但也增加了激活的CD4+T细胞的数量，虽然没有炎症的临床症状，阴道失调被视为一种状况而不是一种疾病。

阴道失调处于某种免疫压力之下，免疫逃避可能是益生菌在阴道粘膜上生存和支配的关键特征。

比较基因组学分析显示：从LVM分离的菌株相比于从DVM分离的菌株更常见的是有GT基因。鉴定出的GT由三个片段组成，它们都与参考基因组中的一个GT相匹配。