Plantaricin ZJ316 生物合成的基因调控机制

由某些乳酸菌产生的羊毛硫细菌素（lantibiotic）是一类具有独特抗菌作用的翻译后修饰肽，作为新型的食品防腐剂有很好的应用前景。该类抗菌肽的基因表达调节和信号应答关系的确立能为抗菌肽的高效合成提供分子生物学基础。研究组已在植物乳杆菌（Lactobacillus plantarum ZJ316）中分离到一个新的小分子量羊毛硫细菌素plantaricin ZJ316，拟通过设计简并引物克隆抗菌肽的结构基因，了解抗菌肽的生物合成基因簇，推定转录激活调控基因，构建抗菌肽表达调控基因缺失突变体，分析与抗菌肽表达信号传导系统相关基因的功能，揭示抗菌肽调节和信号应答关系的分子基础，弄清抗菌肽plantaricin ZJ316结构基因遗传调控的分子机制。项目的完成不仅有助于我们更全面系统地认识乳酸菌抗菌肽生物合成的基因调控机制，还可为lantibiotic的应用提供坚实的理论基础。

植物乳杆菌(Lactobacillus plantarum)，是人体胃肠道菌群中占优势的菌种，被认为是有益于肠道健康的重要益生菌之一。L. plantarum ZJ316，最初分离自健康婴儿的粪便样品中，有多种益生功能，如改善仔猪的生长和猪肉的品质，在体外对包括藤黄微球菌、枯草芽孢杆菌、金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、沙门氏菌和单增李斯特氏菌等在内的多种病原微生物有拮抗作用。L. plantarum ZJ316全基因组测序完成，揭示其含有一个包括3,203,964对碱基的环形染色体，3,159个预测的开放阅读框。已全基因组测序的9个L. plantarum的pln基因簇显示了高度的易变性。其中，仅L. plantarum ZJ316和NC8具有可诱导的IIb类细菌素NC8βα和它们相应的免疫蛋白NC8c的编码基因。ZJ316和NC8也有相似的调控操纵子，均在染色体基因组上，包括编码诱导肽的plNC8IF和组氨酸蛋白激酶的plNC8HK，代替了其它菌株中的plnABC。但是ZJ316缺少plnD编码的调节基因和细菌素plnEFI操纵子。ZJ316的pln位点内有三个转座子，其中两个正好替换了plnIFE和plnD所在位置。在L. plantarum 16和P8中只有转运操纵子plnGHSTUVW和细菌素操纵子plnEFI，没有完整的pln基因簇。研究组将来自Lactobacillus plantarum ZJ316的细菌素K和J克隆到大肠杆菌中，并实现活性表达，分离纯化抗菌肽。同时，克隆抗菌肽相关转运蛋白基因、免疫基因及调控基因，并进行大肠杆菌体系的表达和蛋白纯化，为明确这些基因的功能打下基础。plantaricin ZJ316免疫基因plnL的克隆及转化大肠杆菌，显示基因PlnL具有免疫蛋白特性；plantaricin ZJ316 ABC转运蛋白基因plnH的克隆和异源表达，及蛋白功能初步分析，证明PlnH参与ABC转运系统来负责抗菌肽向胞外运输；plantaricin ZJ316合成的群体感应系统研究，ZJ316缺少PlnC(C)和PlnD(D) 编码的调节基因，但是其抗菌肽基因的表达还可以受通常的plnABCD群体感应系统(Quorum sensing，QS)调控。