植物乳杆菌的低温耐受能力与小分子热休克蛋白hsp1有关

2019-09-06 09:18

文章背景简介

BACKGROUND INTRODUCTION

小分子热休克蛋白（sHSP）是一种普遍存在的，低分子量的，与ATP无关的分子伴侣，具有大约由100个氨基酸组成的α－晶体结构域。sHSP与细胞蛋白质稳态密切相关，在应激条件（特别是热刺激）下会对细胞起到保护作用。在应激信号的刺激下，sHSP会表达上调、组装成动态寡聚体，与变性或部分展开的多肽结合，防止这些多肽发生不可逆的聚集。同时，一些sHSP还被证实与细胞膜相关，它们具有结合膜脂的能力，可以调节膜流动性和组织性。

乳酸菌是人类等哺乳动物肠道微生物群的天然成员，因其对宿主健康具有积极的作用而倍受关注。植物乳杆菌是乳酸菌的主要成员，是人类口腔、阴道和肠黏膜中最常见的乳酸杆菌之一，而且具有食品安全使用的历史。不同植物乳杆菌具有不同促进健康的特性。与大多数益生菌只含有1－2个sHSP不同，植物乳杆菌WCFS1中已被鉴定出3个sHSP基因——hsp1、hsp2、hsp3，这一特点可能会赋予其更强的抗胁迫能力。通过对热休克蛋白功能的分析、表达模式的评估、不同遗传调控机制的研究，人们此前已发现三种sHSP在应激反应中会起到不同的作用。此外，hsp2的缺失并没有显著降低菌株对热和其他应激的抵抗力——即使这一缺失在正常生长条件下依然会影响细胞形态和质膜流动性。因此，人们推测这类伴侣蛋白具有维持蛋白质组稳态的普遍作用。

2019年4月，意大利福贾大学农业、食品和环境科学系的Arena MP等人在《Frontiers in Microbiology》杂志（IF＝4．259，生物 2区）发表了题为“The Phenotypic Analysis of Lactobacillus plantarum shsp Mutants Reveals a Potential Role for hsp1 in Cryotolerance”的文章。文章主要内容简介如下：

所用到的主要方法

METHODS

1．蛋白质聚集分析

2．细胞表面理化性质分析（微生物粘附溶剂法MATS）

3．生物膜分析

4．耐热性测试和冻融测试

5．荧光各向异性测量（膜流动性）

6．qRT－PCR

文章主要内容摘要

ABSTRACT

小分子热休克蛋白寡聚物通过与未折叠的底物相互作用，产生类似于分子伴侣的活性，会阻止底物分子的聚集和沉淀。研究从植物益生菌WCFS1中鉴定出了三种不同的sHSP编码基因：hsp1、hsp2和hsp3。此前，通过对hsp2基因进行敲除（KO），人们分析发现这些基因具有不同的组织和转录调控特点，并认为这三种植物乳杆菌sHSP可能在应激反应中会起到不同的作用。为了进一步揭示sHSP的作用，本研究利用基于Cre－lox的系统构建了hsp1和hsp3的KO突变体。任何一种基因的突变都会导致菌株正常条件下的生长能力受损。在与宿主相互作用和食品加工过程中经常会遇到热应力和其他应激情况。然而，突变菌株与亲代菌株的热休克存活率和胞质蛋白的热稳定水平相似。转录分析表明，在突变的情况下，未突变的hsps和其他与应激相关的基因都会表达上调，这可能弥补了HSP功能的损失。HSP3似乎与诱导耐热性有关，而HSP1则是提高低温耐受性所需的。对细胞表面性质和质膜流动性的研究结果显示sHSP可能与细胞膜发生结合。有趣的是，HSP1的缺失与热应力下膜的最大流动性水平较低有关。因此本文认为：HSP1在控制和改善膜流动性中发挥着作用，并且这可能与它的低温保护作用有关。