高效降胆固醇乳酸菌的筛选和全基因组测序分析

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植物乳杆菌(Lactobacillus plantarum)是一类具有多方面益生功能的乳酸菌,属于乳杆菌科中的乳杆菌属,革兰氏阳性,有维持肠道内菌群平衡,降低胆固醇水平,提高机体免疫力等多种功能。本研究将从不同食品中通过MRS和M17培养基分离纯化出的乳酸菌,经过人工胃液(p H2.5)和胆盐溶液(0.3%)的综合处理,运用梯度稀释平板计数法,初步筛选出22株耐酸耐胆盐的乳酸菌菌株,其中乳酸菌菌株Y-9的酸及胆盐综合耐受力最高,达到125%。利用体外筛选法对酸及胆盐综合耐受力最高8株菌株进行降胆固醇功能研究,发现乳酸菌菌株Y-9降胆固醇的能力非常强,其减少的胆固醇量是88.79mg/L,胆固醇去除率为41.63%,初步确定乳酸菌Y-9为我们所要的目的菌株。通过16S r DNA序列同源性分析,鉴定菌株Y-9为植物乳杆菌。在建立试验用高脂血症大鼠模型的基础上,观察用植物乳杆菌Y-9制成的不同灌胃实验组(活菌组、死菌组、高脂组、正常对照组)对大鼠血脂水平的影响。动物实验表明:灌胃后28天活菌组的总胆固醇(TC)、低密度脂蛋白胆固醇(LDL-C)、高密度脂蛋白胆固醇(HDL-C)、甘油三酯(TG)的浓度均比高脂组显著降低(P<0.05),据实验结果得出植物乳杆菌Y-9可以起到降血脂的作用,尤其是高胆固醇血症有非常好的效果。为从基因组水平解析植物乳杆菌Y-9的遗传结构与功能特点,进而改组基因组获得降胆固醇效率更高的菌株,利用高通量测序技术对植物乳杆菌Y-9进行了全基因组测序。测序深度达到了100倍的覆盖度,基因组组装长度为3.15Mb(Scaffold N50=247kb,Contig N50=209kb)。注释基因数量3179个,重复序列长度为130kb,占基因组全长的4.13%。基因功能富集分析表明基因显著富集到氨基酸转运和代谢、能量转换和免疫防御等。基因家族进化分析表明与植物乳酸菌素、蛋白水解系统,糖代谢和胞外多糖合成等相关基因家族发生了显著扩张(P<0.05)。此外,开展了植物乳杆菌Y-9与ST-III和JDM1三个菌株的全基因组比较分析,三株植物乳杆菌的基因组间均具有非常好的共线性关系,表明植物乳杆菌具有保守的基因组结构特征。总之,结合植物乳杆菌Y-9的体外筛选和动物实验说明,该乳酸菌菌株具有显著的降胆固醇功能,具备开发为功能产品的应用潜力。
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