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双歧杆菌是人体肠道微生态系统的重要菌群,其丰度与人体健康密切相关。肠道环境因素,包括碳源、离子等是影响双歧杆菌丰度的主要原因,比较基因组学是解析复杂肠道微生物环境适应机制的有效手段。本研究通过比较基因组分析了长双歧杆菌BBMN68对肠道环境适应的遗传基础,通过基因组及蛋白质组学对菌株碳源利用基因及功能进行了验证,通过糖苷水解酶分析了菌株碳源利用能力对丰度的影响作用。该研究提出了双歧杆菌肠道环境适应的新机制,为双歧杆菌的应用提供了理论基础。为了分析双歧杆菌碳源利用能力对其丰度的影响,论文构建了模拟肠道菌群和双歧菌群宏基因组,比较宏基因组内不同菌群及双歧菌群糖苷水解酶家族组成及底物。研究发现：双歧杆菌基因组中糖苷水解酶的数量仅低于拟杆菌,而高于硬壁菌门、放线菌门和变形菌门细菌；但是胞外糖苷水解酶数量最低。双歧杆菌以淀粉为底物的糖苷水解酶数量及在基因组中的比例高于其他菌群；其他菌群有不同优势底物,拟杆菌为植物细胞壁多糖和动物多糖,硬壁菌门为植物细胞壁多糖,变形菌门为肽聚糖。研究表明肠道不同菌群对多糖有不同的偏好性,双歧杆菌在肠道中倾向于利用寡糖或者单糖,在多糖中淀粉是双歧杆菌在肠道中的优势底物,淀粉类多糖在肠道中的含量是双歧杆菌丰度的主要限制因素。为了解析BBMN68特有的碳源利用特点,论文分析了菌株的糖苷水解酶及碳水化合物转运系统,并通过体外实验、蛋白质组学及]RT-PCR进行了验证。研究发现：BBMN68具有最多的以植物细胞壁多糖或者淀粉类多糖为底物的糖苷水解酶基因；其中细胞壁多糖利用的糖苷水解酶数量高于其他双歧杆菌,但是低于以拟杆菌为主的其他肠道细菌；BBMN68具有淀粉类多糖—麦芽糊精代谢的完整途径,缺乏植物细胞壁多糖为底物的完全代谢途径,不能直接利用肠道中常见的细胞壁多糖,可以利用肠道中存在的麦芽糊精；并通过2D-PAGE证明预测的多糖利用基因在麦芽糊精为唯一碳源的培养条件下诱导表达。为了解析BBMN68对肠道环境特有的适应机制,论文利用全基因范围的比较基因组手段,获得了BBMN68的特有基因,并通过生物信息学分析构建了肠道适应途径。结果显示：BBMN68特有功能基因主要为碳源代谢基因(COGG),同时包括细胞结构基因(COGM)、及基因重组与修复基因(COGL); BBMN68的特有适应途径包括：利用胞外糖苷水解酶降解多糖、利用胞外多糖参与免疫保护及粘附、利用CRISPR避免外源核酸入侵、利用KDP钾离子转运系统在钾离子限制条件下获得钾离子、利用TAT蛋白外排系统调节生物膜的形成。