基于泛基因组信息的鉴定及功能分析：来自短孢短杆菌（Brevibacillus laterosporus）的三种潜在细菌素变体

《World Journal of Microbiology and Biotechnology》：Pan-genome guided identification and functional characterisation of three putative bacteriocin variants from Brevibacillus laterosporus

Brevibacillus laterosporus的基因组通过生物信息学分析显示开放泛基因组结构，含2840核心基因，涉及抗生素代谢通路。antiSMASH预测1654个生物合成基因簇，BAGEL4鉴定出BreL1/BreL2/BreL3三个核心候选抗菌肽，经异源表达纯化后证实对单核细胞增生李斯特菌具有显著膜损伤活性，其中BreL1抑菌效果最强。

　　

摘要

Brevibacillus laterosporus（简称B. laterosporus）是一种重要的益生菌，以其能够产生多种具有显著抗菌活性的次级代谢产物而闻名。在本研究中，研究人员使用了FastANI和Roary等生物信息学工具来分析基因组的相似性，并构建了B. laterosporus的泛基因组。antiSMASH和BAGEL4软件平台被用来预测生物合成基因簇（BGCs）并鉴定细菌素。随后，这些候选细菌素在大肠杆菌（E. coli）中进行了异源表达，然后通过镍柱纯化并浓缩。它们的抗菌活性通过琼脂扩散试验、最小抑菌浓度（MIC）测定、时间杀菌曲线、扫描电子显微镜（SEM）以及对单核细胞增生李斯特菌（Listeria monocytogenes）的活菌/死菌染色进行了系统评估。泛基因组分析显示B. laterosporus具有开放性的基因组结构，包含2,840个核心基因。KEGG富集分析表明，这些核心基因与负责抗菌化合物生物合成的途径显著相关，包括次级代谢产物、泛醌和萜类醌的生物合成途径。AntiSMASH预测了1,654个生物合成基因簇，主要为非核糖体肽合成酶（NRPS）、聚酮合成酶（PKS）和杂环胺相关抗菌蛋白合成簇。此外，BAGEL4预测了三种潜在的候选细菌素变体（BreL1、BreL2和BreL3），它们都对L. monocytogenes表现出强烈的抗菌活性。其中，BreL1的活性最强，引起了与膜损伤一致的形态变化。总体而言，本研究阐明了B. laterosporus的开放泛基因组结构和代谢丰富的次级代谢组，识别出三种对L. monocytogenes具有活抗菌效力的候选细菌素变体，为开发天然抗菌剂提供了理论基础。

图形摘要

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