基于蛋白质组学技术对干酪乳杆菌适应营养胁迫环境分子机制的研究

Nutrition stress is a problem that probiotic lactic acid bacteria normally encounter in the process of industrial production. In this study, 3-5 evolved strains of Lactobacillus casei Zhang were used as object, which were obtained by adaptive laboratory evolution in glucose-limited condition. A comparative proteomic approach based on iTRAQ-LC-MS was conducted to investigate the expression difference of proteins in nutrition stress. On this basis, gene knockout technology was used to verify the function of key protein associated with adaptive response. This study will decipher the adaptive molecule mechanism of Lactobacillus casei in nutrition stress condition. The implementation and the completion of this project will provide the scientific basis and theoretical guidance for selection high tolerance of probiotic strain and optimization the industrialization technology.

益生乳酸菌在工业生产过程中往往会面临营养胁迫环境的困扰。本研究以Lactobacillus casei Zhang前期营养胁迫环境适应性进化实验为基础，拟选取3-5株葡萄糖限制性环境中的进化菌株作为研究对象，首先采用iTRAQ技术和液质联用系统分析其在营养胁迫环境下的差异蛋白表达谱。在此基础上，运用基因敲除技术验证适应性关联蛋白的生物学功能，以期在蛋白质水平阐明Lactobacillus casei Zhang在营养胁迫环境下的适应性分子机制。该项目的实施和完成，一方面可为抗胁迫益生乳酸菌的筛选奠定坚实的理论基础；另一方面也可为益生乳酸菌工业化生产工艺的优化改进提供必要的理论指导。

益生乳酸菌在工业生产过程中往往会面临营养胁迫环境的困扰。本研究以原始菌株Lactobacillus casei Zhang以及葡萄糖限制性环境下传代的1000代、2000代、3000代、4000代、5000代、6000代、7000代和8000代L. casei Zhang进化菌株为研究对象，采用串联质谱标签对菌株中蛋白质进行鉴定、定量及生物信息学分析。结果表明由葡萄糖限制诱导差异表达蛋白质主要与果糖和甘露糖代谢，氨基酸合成、碳代谢、磷酸戊糖、糖酵解/糖异生以及磷酸转移酶系统（PTS）有关；不同进化菌株的GO功能注释中发现差异蛋白质的功能主要集中在代谢、细胞、膜的进程中，主要行使的分子功能为催化活性；在饥饿胁迫过程中关键差异蛋白质通过在不同代数之间自身表达量的上调与下调来调节其它细胞的碳水化合物、能量、核酸、氨基酸以及膜转运代谢来保护L. casei Zhang对抗葡萄糖胁迫的环境。本项目的完成可为抗胁迫益生乳酸菌的筛选奠定坚实的理论基础。通过三年的实施，本项目形成SCI收录研究论文5篇；培养博士研究生1名；申请发明专利1项。