盗墓笔记同人小说,欢乐颂

嘉冠首頁(yè) >> 技術(shù)文章 >> 獨(dú)家解讀：凝結(jié)芽孢桿菌產(chǎn)生的神奇物質(zhì)對(duì)抗致病菌

當(dāng)前位置：

獨(dú)家解讀：凝結(jié)芽孢桿菌產(chǎn)生的神奇物質(zhì)對(duì)抗致病菌

來(lái)源: | 作者:上海嘉冠 | 發(fā)布時(shí)間: 2024-01-12 | 583 次瀏覽 | 分享到:

凝結(jié)芽孢桿菌（Bacillus coagulans）在發(fā)酵培養(yǎng)過(guò)程中能分解糖類生成乳酸，又稱為芽孢乳酸菌，屬于硬 ( 或厚) 壁菌門腸道乳酸菌，屬于兼性厭氧型革蘭氏陽(yáng)性菌。胞體呈桿狀，兩端鈍圓，單個(gè)、成對(duì)、少數(shù)呈短鏈狀，芽孢端生，無(wú)鞭毛，可運(yùn)動(dòng)，菌落形態(tài)呈不透明白色。凝結(jié)芽孢桿菌可利用葡萄糖、木糖等產(chǎn)生 L－乳酸，具有乳酸桿菌和雙歧桿菌等腸道主要有益菌相似的益生功能。最適生長(zhǎng)溫度為37 ～45 ℃，最適 pH 值為 6. 0 ～ 7. 0。

凝結(jié)芽胞桿菌的作用特點(diǎn)

凝結(jié)芽胞桿菌經(jīng)口服進(jìn)入胃后，由于胃的蠕動(dòng)或機(jī)械運(yùn)動(dòng)，它們經(jīng)過(guò)低 pH 的胃液及胃的內(nèi)容物，開始被活化。

芽胞衣膨脹，芽胞形狀增大，水含量增加，代謝速率加快。從芽胞衣上長(zhǎng)出突起，待凝結(jié)芽胞桿菌進(jìn)入十二指腸時(shí)，孢子萌發(fā)形成營(yíng)養(yǎng)細(xì)胞。

營(yíng)養(yǎng)細(xì)胞而后進(jìn)入小腸，并開始生長(zhǎng)和繁殖。大約每 30 分鐘能繁殖一代，因而能產(chǎn)生大量地活菌。

它們能夠在腸道內(nèi)定居，并產(chǎn)生大量地抑制有害菌的凝固素（Coagulin）和 L（＋）乳酸，還產(chǎn)生 B 族維生素和各種消化酶，有益于營(yíng)養(yǎng)的吸收。

凝結(jié)芽孢桿菌的抑菌特性

凝結(jié)芽孢桿菌主要抑菌物質(zhì)是有機(jī)酸和抗菌肽，對(duì)多種致病菌都具有殺菌活性^［1］。凝結(jié)芽孢桿菌產(chǎn)生的乳酸可降低腸道 pH 值，抑制有害菌生長(zhǎng)，對(duì)沙門氏菌有一定抑制作用（趙鈺等，2015）^[2]。

同時(shí)凝結(jié)芽孢桿菌的定植優(yōu)化了腸道有益厭氧菌 ( 乳酸菌和雙歧桿菌）的生長(zhǎng)環(huán)境，對(duì)游離氧的消耗，抑制了需氧的有害菌。從而調(diào)節(jié)了腸道微生物菌群的平衡。

凝結(jié)芽孢桿菌代謝過(guò)程中產(chǎn)生的物質(zhì)有細(xì)菌素（Bacteriocin）、硫肽（Thiopeptide）、內(nèi)酯（Betalactone）、糖類（Saccharide）等。凝結(jié)芽孢桿菌分泌的細(xì)菌素是一種抗菌肽類物質(zhì)，被稱為凝固素（coagulin）。凝固素能夠抑制沙門菌、小球菌等諸多致病菌的生長(zhǎng)。凝固素（coagulin）的主要抑菌方式是增強(qiáng)膜的通透性，破壞膜質(zhì)子動(dòng)力勢(shì)，并引起膜穿孔，導(dǎo)致細(xì)菌裂解死亡^［³^－⁴^］。因此，凝固素（coagulin）不易使細(xì)菌產(chǎn)生廣泛的耐藥性，被認(rèn)為是最具潛力的抗菌劑之一。

凝固素的分子結(jié)構(gòu)和抑菌功能

凝固素（coagulin）在 60 ℃ 能夠穩(wěn)定 90 min，在 pH 4 ～ 8 時(shí)保持穩(wěn)定，不受 α 淀粉酶、脂酶或有機(jī)溶劑（10％體積分?jǐn)?shù)）的影響。 CLAIRE 等人在 2000 年測(cè)定了凝結(jié)素分子的一級(jí)結(jié)構(gòu)區(qū)，這是一種由 44 個(gè)氨基酸殘基組成的蛋白質(zhì)^［⁵^］。

凝固素（coagulin）是由核糖體合成的抗菌肽^［⁶^］。細(xì)菌的細(xì)胞膜含有磷脂，其細(xì)胞壁呈酸性，這就使得帶正電荷的、含有兩性區(qū)或疏水區(qū)的凝固素（coagulin）能穿過(guò)靶細(xì)胞的細(xì)胞膜而殺死靶細(xì)胞。這也就是產(chǎn)生細(xì)菌素的細(xì)菌能殺死其它細(xì)菌、抑制其它細(xì)菌生長(zhǎng)的原因。

凝固素（coagulin）分子可以大致分為兩個(gè)區(qū)域，一個(gè)區(qū)域帶有陽(yáng)離子、具有親水性、其 N 端高度保守；另一區(qū)域則是不太保守、具有疏水性或兩性的 C端。凝固素（coagulin）分子的 N 端和分子中間區(qū)域是折疊片。而折疊片由二硫鍵和兩性的α螺旋所支持。

帶有正電荷的、高度保守的 N 端折疊片通過(guò)靜電反應(yīng)，調(diào)節(jié)其與靶細(xì)胞表面的初始階段的結(jié)合；而具有疏水性或兩性的C端發(fā)卡樣結(jié)構(gòu)域則穿透靶細(xì)胞的細(xì)胞膜中疏水性區(qū)域^［⁷^］，從而導(dǎo)致靶細(xì)胞膜的滲漏。一般情況下凝固素的一級(jí)結(jié)構(gòu)區(qū)不穩(wěn)定，但在疏水性的環(huán)境中可通過(guò)轉(zhuǎn)換成高級(jí)結(jié)構(gòu)區(qū)，保持一定的穩(wěn)定性，從而發(fā)揮抑菌作用^[⁸^]。

果蠅抗菌肽.png

凝固素（coagulin）二級(jí)結(jié)構(gòu)區(qū)主要為α-螺旋、β-折疊、β-發(fā)夾結(jié)構(gòu)（loop 結(jié)構(gòu)區(qū)）及延伸結(jié)構(gòu)（無(wú)序結(jié)構(gòu)區(qū)）。α-螺旋型的 N 端和 C 端分別呈親水性和疏水性，形成了帶正電荷的兩親性結(jié)構(gòu)區(qū)，這種結(jié)構(gòu)區(qū)對(duì)破壞細(xì)菌細(xì)胞膜發(fā)揮著極其重要的作用^[⁹^-1¹^]。分子內(nèi)二硫鍵對(duì)凝固素（coagulin）結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性極其重要，使其更易于穿過(guò)細(xì)菌的細(xì)胞膜^[¹²^]。正常情況下，凝固素（coagulin）并沒(méi)有表現(xiàn)出統(tǒng)一的4種二級(jí)結(jié)構(gòu)區(qū)，當(dāng)凝固素（coagulin）與細(xì)胞膜接觸進(jìn)入與脂質(zhì)結(jié)合的疏水部分才會(huì)表現(xiàn)出一些特定的二級(jí)結(jié)構(gòu)^[1³^-1⁴^]。

反向平行的β-折疊及分子內(nèi)二硫鍵是此類抗菌肽的主要結(jié)構(gòu)區(qū)特征。分子內(nèi)二硫鍵對(duì)凝固（coagulin）素結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性極其重要，使其更易于穿過(guò)細(xì)菌的細(xì)胞膜^[¹⁵^]。

凝固素（coagulin）對(duì)不同致病菌的抑菌機(jī)理都是不同的，無(wú)論哪種機(jī)制都要經(jīng)過(guò)吸引、附著、插入、定向幾個(gè)過(guò)程，與細(xì)菌細(xì)胞進(jìn)行接觸。

微信截圖_20240110172030.png

α-螺旋型通常是憑借靜電引力結(jié)合到細(xì)菌細(xì)胞膜上。其C端憑借疏水作用與磷脂結(jié)合，插入細(xì)胞質(zhì)膜，使細(xì)菌細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)區(qū)破壞。而且抗菌肽分子的單體會(huì)不斷聚集，導(dǎo)致形成的離子通道孔徑不斷增大，使得內(nèi)容物不斷流出，最終致使細(xì)菌死亡^[⁹^-1¹^，¹⁶^]。β-折疊和β-發(fā)夾結(jié)構(gòu)的抑菌機(jī)理與α-螺旋型相似，都是依賴于兩親性結(jié)構(gòu)區(qū)特點(diǎn)，破壞細(xì)菌的細(xì)胞膜致其死亡^[¹⁷^]。

微生態(tài)益生菌制劑在畜牧業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用日益廣泛，然而對(duì)其抑菌代謝活性物質(zhì)的研究還不夠深入。隨著細(xì)菌素分析提純技術(shù)和分子生物學(xué)的不斷發(fā)展，通過(guò)分子結(jié)構(gòu)修飾改造提高其抑菌活性，穩(wěn)定性及安全性，屆時(shí)其在替抗中的應(yīng)用將更加廣泛。

參考文獻(xiàn)

[1] 李剛，傅玲琳 ,王彥波. 益生菌凝結(jié)芽孢桿菌胞外產(chǎn)物抑菌特性研究［J］. 食品科技， 2013, 38（10）：20-24.

[2]趙鈺, 傅玲琳，王彥波. 凝結(jié)芽孢桿菌抑菌物質(zhì)的理化特性研究[J]。食品研究與開發(fā), 2015, 36(1): 20-25.

[3]楊昆，王歡，高潔，等．抗菌肽 BCp12 對(duì)大腸桿菌壁膜及DNA損傷的作用機(jī)制［J］．食品科學(xué)，2021，42( 19) : 114 － 121．

[4]WANG Y，QIN Y X，ZHANG Y，et al． Antibacterial mechanism of plantaricin LPL-1，a novel class IIa bacteriocin against Listeria monocytogenes［J］． Food Control，2019，97: 87 － 93．

[5]CLAIRE LE MARREC， BERTRAND HYRONIMUS，PHILUOOE BRESSOLLIER，

etal． Urdaci biochemical and genetic characterization of coagulin，a new antilisterial bacteriocin in the pediocin family of bacteriocins，produced by Bacillus coagulans I4 ［J］． Appl Environ Microbiol． 2000，66（12）：5213-5220．

[6] Jack． RW，JR Tagg and B Ray． Bacteriocins of gram-positive bacteria

Microbiol［ J］． Rev．1995，59（2）：171-200．

[7]LINE JNSEN，GUNNAR FIMLAND and JON NISSEN-MEYER． Thec-terminal Domain of pediocin-like antimicrobial peptides （class IIabacteriocins）Is involved in specific recognition of the c-terminal partof cognate immunity proteins and in determining the Antimicrobialspectrum J［ J］． Biol． Chem，2005，280（10）：9243-9250．

[8] WANG G， LI X， WANG Z. APD3： the antimicrobial peptide database as a tool for research and education[J]. Nucleic Acids Research， 2016， 44（D1）：D1087-D1093.

[9]MAHALKA A K， KINNUNEN P K J. Binding of amphipathic α-helical antimicrobial peptides to lipid membranes： Lessons from temporins B and L [J]。Biochimica et Biophysica Acta （BBA）-Biomembranes 2009， 1788（8）： 1600-1609.

[10] TSENG T S， TSAI K C， Chen C. Characterizing the structure -function relationship reveals the mode of action of a novel antimicrobial peptide， P1， from jumper ant Myrmecia pilosula [J]。 Molecular Biosys tems， 2017， 13（6）： 1193-1201.

[11] MASUDA R， DAZAI Y， MIMA T， et al. Structureactivity relationships and action mechanisms of collagen -like antimicrobial peptides [ J ] . Biopolymers，2017， 108（1）: 453-459.

[12] SU Y， MANI R， DOHERTY T， et al. Reversible sheet-turn conformational change of a cell-penetrating peptide in lipid bilayers studied by solid -state NMR [J]。 Journal of Molecular Biology， 2008， 381（5）： 1133-1144.

[13] SMITH V J， DESBOIS A P， DYRYNDA E A.Conventional and unconventional antimicrobials from fish， marine invertebrates and micro-algae[J]。 Marine Drugs， 2010， 8（4）： 1213-1262.

[14]HANEY E F， HUNTER H N， MATSUZAKI K， etal. Solution NMR studies of amphibian antimicrobial peptides： Linking structure to function?[J]。 Biochimica et Biophysica Acta （BBA）-Biomembranes， 2009，1788（8）： 1639-1655.

[15]SU Y， MANI R， DOHERTY T， et al. Reversible sheet-turn conformational change of a cell-penetrating peptide in lipid bilayers studied by solid -state NMR [J]。 Journal of Molecular Biology， 2008， 381（5）： 1133-1144.

[16] CHEN Y， GUARNIERI M T， VASIL A I， et al.Role of peptide hydrophobicity in the mechanism of action of α-helical antimicrobial peptides [J]。 Antimicrobial Agents and Chemotherapy ， 2007， 51 （4）：1398-1406.

[17] IMURA Y， NISHIDA M， MATSUZAKI K. Actionmechanism of PEGylated magainin 2 analogue peptide[J]。 Biochimica et Biophysica Acta （BBA） -Biomembranes， 2007， 1768（10）： 2578-2585.

END