益生菌Lactiplantibacillus plantarum JBC5基因组潜力探索：功能基因挖掘与健康应用前景

本研究针对印度东北部传统发酵乳制品中益生菌资源开发不足的问题，通过全基因组测序(WGS)和比较基因组分析，解析了Lactiplantibacillus plantarum JBC5(LPJBC5)的3.23 Mb基因组，发现3016个基因中包含碳水化合物活性酶(CAZymes)、胞外多糖(EPS)合成、免疫调节和抗氧化相关基因簇，并鉴定出Plantaricin家族抗菌肽基因。研究为功能性食品开发提供了具有抗衰老潜力的新型益生菌株，发表于《Discover Bacteria》。

　　

论文解读

在追求健康老龄化的今天，肠道微生物组被称为"第二大脑"，其平衡与多种慢性疾病密切相关。传统发酵食品作为益生菌的天然宝库，尤其富含具有潜在健康益处的乳酸菌。然而，印度东北部这一生物多样性热点地区的发酵乳制品资源长期未被充分挖掘。更关键的是，尽管Lactiplantibacillus plantarum（植物乳杆菌）作为公认的益生菌在食品工业中广泛应用，但对其基因组水平的益生机制，尤其是与健康老龄化相关的分子基础仍缺乏系统研究。

针对这一空白，来自印度研究机构的Anupam Bhattacharya、Tulsi K. Joishy和Mojibur R. Khan团队对分离自印度阿萨姆邦传统凝乳的LPJBC5菌株展开了深入研究。这项发表于《Discover Bacteria》的工作，通过多组学技术揭示了该菌株的完整基因组图谱和功能性基因网络，发现其携带与长寿调节相关的独特基因簇，为开发抗衰老功能性食品提供了新思路。

研究采用Illumina Novaseq平台完成全基因组测序，通过BWA和Megahit进行序列组装，使用PGAP、RASTk和Prokka进行基因注释。比较基因组分析涉及30个公开的Lp. plantarum基因组，利用Roary构建泛基因组，antiSMASH预测次级代谢产物，dbCAN3分析CAZymes，并通过KEGG、GO进行功能富集。

基因组特征与系统发育
LPJBC5基因组大小为3.23 Mb（GC含量44.55%），包含3016个基因、16个rRNA和65个tRNA。通过rMLST（核糖体多位点序列分型）和ANI（平均核苷酸同一性）分析确认其分类地位，与公共数据库中的Lp. plantarum strains相似度达99.42-99.74%。比较基因组显示其与源自克菲尔菌的SKT09和中国分离株XZ3303亲缘最近，暗示地理隔离未显著影响核心基因组保守性。

益生功能基因图谱
研究鉴定出60个核心益生标记基因，包括：

• 应激响应：clp蛋白家族（clpB/C/E/X）、热激蛋白（HSP20）、冷休克蛋白及渗透压调节系统（opuABCD）
• 肠道定植：黏蛋白结合域（MucBP）、纤连蛋白结合蛋白（fbp）、LPXTG锚定蛋白
• 抗氧化网络：硫氧还蛋白系统（trxA/trxB）、谷胱甘肽还原酶（gor）、NADH氧化酶（nox）
• 酸/胆盐耐受：胆盐水解酶（bshA）、F₁F₀-ATPase

健康老龄化相关发现
KEGG通路分析揭示LPJBC5具有完整的长寿调节通路（KO04211-04213），关键基因包括：

• 过氧化氢酶（katE）和超氧化物歧化酶（sodA）
• MAPK信号通路（KO04011）相关激酶
• 参与NAD⁺再生的D-乳酸脱氢酶

生物活性物质合成
次级代谢产物预测发现4个生物合成基因簇（BGCs）：

1. 抗菌肽：Plantaricin家族（plnK/J/N/A/F/E）及其免疫蛋白（plnL/S）
2. T3PKS：含羟甲基戊二酰-CoA合成酶（mvaS）基因
3. Ripp样肽：乳酸球菌素G转运蛋白（lagD）
4. 环内酯自诱导物：可能参与群体感应

比较基因组学启示
泛基因组分析显示Lp. plantarum呈"开放"基因组特征，LPJBC5的45个独有基因可能赋予其特殊适应性。值得注意的是，EPS合成基因（eps簇、mur家族）和CAZymes（198个，含52个GH、37个GT）在核心基因组中高度保守，而抗菌相关基因多位于附属基因组。

这项研究首次系统揭示了印度传统发酵乳源Lp. plantarum的基因组多样性，其发现的抗氧化和长寿相关基因为开发抗衰老益生菌制剂提供了分子靶点。菌株携带的Plantaricin基因簇可天然抑制食源性病原体，而丰富的CAZymes则暗示其对复杂碳水化合物的代谢潜力，这些特性使其成为功能性乳制品开发的理想候选。未来需通过动物实验验证其延缓衰老的效果，并探索EPS的结构与免疫调节功能。该工作为从微生物组角度应对老龄化挑战提供了新视角，凸显了民族传统食品在现代精准营养中的价值。