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利用比较蛋白质组学与代谢组学研究Lactobacillus casei Zhang在葡萄糖限制性环境中的生长代谢规律

潘琳  
【摘要】:随着人们对乳酸菌认识不断提高,乳酸菌的市场发展前景广阔。乳酸菌在工业化生产及功能应用过程中不可避免的会面临各种各样的胁迫环境的考验,例如其在发酵豆乳的过程中会受到葡萄糖限制性环境的影响,这种胁迫因素下不仅会影响细胞的生理状况和性质,更成为困扰益生乳酸菌工业化生产和功能应用的重要瓶颈。因此有必要采用行之有效的方法对益生乳酸菌适应生产过程的营养胁迫环境机制进行深入研究。由于本研究以原始菌株LactobacilluscaseiZhang以及为期近四年的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、8000代L.casei Zhang菌株为蛋白质组学研究对象,采用串联质谱标签(TMT)技术对标记后的菌株中蛋白质进行鉴定、定量及生物信息学分析。其结果表明:(1)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;(2)在不同胁迫代数的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;(3)在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。以L.casei Zhang原始菌株以及在葡萄糖限制性环境下的2000代、4000代、6000代以及8000代菌株作为非靶向代谢组学研究对象。代谢组学结果表明:(1)葡萄糖限制环境中不同代数的差异表达代谢物质主要富集在糖酵解/糖异生、天冬氨酸代谢、果糖和甘露糖的降解、乳糖合成、半光氨酸以及色氨酸代谢途径;(2)在细胞生长后期葡萄糖被消耗后,细胞通过其它物质例如氨基酸来代替糖,在这期间糖的替代物质被广泛生产和利用以起到保护细胞的作用;(3)在葡萄糖限制性胁迫环境中检测到的差异代谢物主要参与碳水化合物代谢(β-D-果糖1,6-一.磷酸、甘油醛-3-磷酸)、氨基酸代谢(L-脯氨酸、L-丝氨酸、L-大冬酰胺)、核苷酸代谢(胸腺嘧啶、尿苷、腺苷)等途径。综上所述,L.casei Zhang胁迫环境下的蛋白质组学与代谢组学研究,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。


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