乳酸菌细菌素的分子生物学研究进展
1 方法 产细菌素乳酸菌筛选方法的研究进展_侯亚文
微孔板生物测定法是 Berridge 和 Barret 在 1952 年提出的另一种基于抑菌活性的半定量筛选方法，基 本原理是根据菌体浓度在一定范围内与透光度之间 存在线性 关 系，确 定 存 在 线 性 关 系 的 菌 体 浓 度 范 围 （ 或透光度范围） ，从而建立起菌体浓度（ Log10C） 和 透光度（ T% ） 的线性关系［13］。Bhunia 等人采用了 96 孔板法测定发酵上清液中细菌素的活性，其本质是通 过连续的梯度稀释，找到最低抑制浓度或 50% 抑制 浓度，然后以这个浓度作为任意单位，通过稀释倍数 来计算原溶液中细菌素的效价［14］。Turcotte 等对这 种多孔平板法作了改进，对指示菌的浓度和培养时间 进行了优化，改变了多孔平板法作为一种半定量方法 的局限性。研究表明，96 孔板法的检测极限（ 0. 08 ～ 60 μg / mL） 是琼脂扩散法（ 0. 3 ～ 10 μg / mL） 的 4 ～ 6 倍［15］。
综述与专题评论
产细菌素乳酸菌筛选方法的研究进展*
侯亚文1 ，易华西1 ，杨艳艳1 ，张兰威1 ，马放2
1（ 哈尔滨工业大学食品科学与工程学院，黑龙江 哈尔滨，150090） 2（ 哈尔滨工业大学市政环境工程学院，黑龙江 哈尔滨，150090）
摘 要 近年来新型的乳酸菌细菌素不断出现，而对这类乳酸菌的筛选方法也从传统的平板筛选法，逐渐向基 于生物信息学的高通量、快速筛选模式发展。文中比较了琼脂扩散法、比浊微孔板生物测定法、生物荧光法、基 于 PCR 方法的快速筛选等方法的优缺点以及产细菌素乳酸菌的快速筛选策略，期望对新型乳酸菌细菌素的开 发和利用提供新思路。 关键词 细菌素，乳酸菌，筛选方法
菌的生长显示抑制效果的一种定性分析抑菌谱的筛 选方法，是 Tramer 等人 1964 年建立起来的，适用于 不透明、不 能 使 用 浊 度 分 析 法 分 析 的 样 品［4］。 常 用 的杯碟法（ well test） ，滤纸片法（ disc diffussion） 和点 种法（ spot inoculation） 均属于此类方法。Wolf 和 Gibbons［5］对琼脂扩散法进行了改进，在培养基中加入吐 温 20 或吐温 80 加快抗菌肽在琼脂中的扩散，提高了 其灵敏度和准确性。目前，国内外大多数产抗菌肽乳 酸菌的筛选均建立在该方法的基础上，Nabil Ben 利 用琼脂扩散法在当地发酵食品中进行产抗菌肽乳酸 菌的初筛，从 135 株乳酸杆菌筛选出 31 株产抗菌肽 的乳酸菌，经鉴定为 28 株植物乳杆菌和 3 株发酵乳 杆菌［6］。Svetoslav 利用琼脂扩散法从一种植物中分 离出 1 株具有抗乳酸菌、大肠杆菌、绿脓杆菌、肺炎克 雷伯氏菌、李斯特菌诺克（ Listeria innocua） 、李斯特菌 伊万诺夫（ Listeria ivanovii） 、单核细胞增生李斯特氏 菌等致病菌的戊糖片球菌 ST44AM，所产生的细菌素 经鉴定为片球菌素 PA － 1，它是一种 ClassⅡ型细菌 素［7］。胡淑敏利用的牛津杯双层平板法也属于此类 筛选方法［8］，他从 70 株乳酸菌中筛选得到 2 株具有 较高抑菌活性的乳酸菌 LAB30 和 LAB211。黄新凤 （ 2009） 等通过抑菌法从生牛奶中筛选出 1 株对多种 G + 细菌、G － 细菌、酵母菌和丝状真菌的乳酸乳球菌 乳酸亚种菌株（ Lactococcus lactis subsp. lactis） ，并命名 为 MB191［9］。
乳酸菌产功能成分的研究进展
乳酸菌产功能成分的研究进展乳酸菌是一类常见的益生菌，具有促进消化吸收、改善肠道菌群、增强免疫力等多种益生效果。
乳酸菌产生的功能成分对人体的健康有着重要的影响。
本文将从益生效果、四种常见乳酸菌产功能成分及其研究进展等方面进行详细叙述。
一、乳酸菌的益生效果1.促进消化吸收：乳酸菌能分解食物中的复杂碳水化合物，使其转化为易于吸收的有机酸和碳水化合物，促进肠道中的营养物质的吸收和利用。
2.改善肠道菌群：乳酸菌能够抑制和竞争肠道中有害菌的生长，调节肠道菌群的平衡，维护肠道的正常生态系统。
3.增强免疫力：乳酸菌能够激活和增强免疫系统的功能，提高机体对疾病的抵抗力。
二、乳酸菌产功能成分1.乳酸：乳酸是乳酸菌产生的主要代谢产物之一，具有调节肠道pH 值、抑制病原菌生长的效果。
2.维生素：乳酸菌能够产生维生素B族、维生素K等多种维生素，这些维生素对人体的生长发育和健康有着重要的作用。
3.抗菌物质：乳酸菌能够产生多种抗菌物质，如乳酸菌素、乳酶等，这些物质具有抗菌、抗病毒、抗真菌等多种功效。
4.抗氧化物质：乳酸菌通过产生抗氧化物质，如超氧化物歧化酶、过氧化氢酶等，帮助清除自由基，保护机体细胞不受损害。
1.分离鉴定和筛选乳酸菌：通过传统的分离培养方法和分子生物学技术，科学家们鉴定了大量的乳酸菌品系，并筛选出具有较高产功能成分的菌株。
2.功能成分的分离和纯化：科学家们采用各种分离纯化技术，如离子交换色谱、凝胶过滤等，将乳酸菌产生的功能成分从培养物中提取并纯化。
3.功能成分的功能研究：通过体外研究和体内实验证明，乳酸菌产生的功能成分在肠道中具有多种生理功能，如抑制肠道病原菌的生长、促进营养物质的吸收等。
4.应用研究：乳酸菌产功能成分被广泛应用于食品、保健品、药品等领域。
科学家们致力于开发制备具有更强效果的乳酸菌功能成分产品，以满足人们对健康的需求。
总结起来，乳酸菌产功能成分的研究进展涉及乳酸菌的分离和鉴定、功能成分的分离和纯化、功能研究及应用研究等方面。
乳酸菌素研究进展及应用
８ ９
乳 酸 菌 素研 究 进展 及 应 用
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ Ｌａ ｃ ｔ ｏ ｂ ａ ｃ ｉ ｌ ｌ ｉ ｎ ｓ ａ ｒ ｅ ｅ ｘ ｔ ｒ ａ ｃ ｅ ｌ ｌ ｕｌ ａ ｒ ｌ ｙ ｅ ｘ ｃ ｒ ｅ ｔ ｅ ｄ ｂ ａ ｃ ｔ ｅ ｒ ｉ ｏ ｃ ｉ ｄ ａ ｌ ｐ ｒ ｏ ｔ ｅ ｉ ｎ ｓ ｏ ｒ ｐ ｅ ｐ ｔ ｉ ｄ ｅｓ ｐ ｒ ｏ ｄ ｕｃ ｅ ｄ ｂｙ ｍｅ ｔ ａ ｂ ｏ ｌ ｉ ｓ ｍ ｏ ｆ ｋｉ ｎｄ ｓ ｏ ｆ ｌ ａ ｃ ｔ ｉ ｃ ａ ｃ ｉ ｄ ｂａ ｃ ｔ ｅ ｒ ｉ ａ ｔ ｈｒ ｏ ｕｇ ｈ ｒ ｉ ｂｏ ｓ ｏ ｍａ ｌ ｓ ｙ ｎ ｔ ｈｅ ｔ ｉ ｃ ｍｅ ｃ ｈａ ｎｉ ｓ ｍ ，ｍ ｏ ｓ ｔ ｌ ｙ ｔ ｈ ｅ ｒ ｍｏ ｓ ｔ ａ ｂ ｌ ｅ ．Ｔ ｈｅ ｙ ｃ ｏ ｕｌ ｄ ｅ ｘ ｔ ｅ ｎ ｄ ｂ ａ ｃ ｔ ｅ ｒ ｉ ｏ — ｌ ｙ ｔ ｉ ｃ ｇ ｏ ａ ｌ ｔ ｈｒ ｏ ｕｇ ｈ ｔ ｈ ｅ ｆ ｏ ｒ ｍａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｐｏ ｒ ｅ ｓ ｏ ｎ ｃ ｅ ｌ ｌ ｍｅ ｍｂ ｒ ａ ｎｅ ｏ ｒ ｔ ｈ ｒ ｏ ｕｇ ｈ ｉ ｎ ｈ ｉ ｂ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｃ ｅ ｌ ｌ ｗａ ｌ ｌ ｓ ｙ ｎｔ ｈ ｅ ｓ ｉ ｓ ． Ａｓ ａ ｎｏ ｎ－ ｔ ｏ ｘ ｉ ｃ
ｓ ｉ ｄｅ ｅ ｆ ｆ ｅ ｃ ｔ ｏ ｆ ｎ ａ ｔ ｕ ｒ ａ ｌ ｆ ｏ ｏ ｄ ｐ ｒ ｅ ｓ ｅ ｒ ｖ ａ ｔ ｉ ｖ ｅ，ｌ ａ ｅ ｔ ｏｂ ａ ｃ ｉ ｌ ｌ ｉ ｎｓ ｈ ａ ｖ ｅ ｍｏ ｒ ｅ ａ ｎ ｔ ｉ ｂ ａ ｃ ｔ ｅ ｉａ ｒ ｌ ｐ ｒ ｉ ｍｅ ｍｅ ｉｔ ｒ ｓ ｔ ｈａ ｎ ａ ｎ ｔ ｉ ｂ ｉ ｏ ｔ ｉ ｃ ｓ，ａ ｎ ｄ ｎｏ ｒ ｅ —
植物乳杆菌素研究进展
， 而细菌
素由基因编码， 可以通过基因工程的手段加以 改 造。其中有些作为发酵菌种的细菌素对动物无毒 副作用， 无抗原性。其抑菌范围广， 可以杀死或抑 制食物中一些腐烂菌和病原菌， 并有一定的热稳定 性， 延长了食品的保质期， 同时不破坏食品的风味
［ "］ 和组织状态 。
一般来说， 羊毛硫抗生素的抑菌谱要比非羊毛硫抗
$% !" &’()*+*,)*- 型 属此型的 K9,#-,<$0$# 抑菌机制仍不甚明了。目 前主要认为 K9,#-,<$0$# 等 +,#-$.$/-$0 型细菌素的靶 细胞是细胞膜， 在一定的膜电位的存在下， 吸附于 感受菌的细胞膜上。侵入膜内形成通透孔道， 可允 许小分子的亲水溶液通过， 导致离子从胞浆 中 流 细胞外水分子流入， 出， 细胞膜去极化及 GEA 泄漏，
［ C］ ［ 1］ 、 K9,#-,<$0$# I 等， 有的属于 类， 如 K9,#-,<$0$# L ［ *3 ］ ［ ** ］ 第二 类， 如 K9,#-,<$0$# BIC 、 K9,#-,<$0$# ? 等。
身免疫性。细菌素不同于青霉素等抗生素， 其为多 肽或蛋白质； 此外， 传统的多肽抗生素是由细胞多 酶复合体催化形成的， 不存在结构基因
［ &］ 。 防腐剂和饲料添加剂已成为研究热点
#" 植物乳杆菌素的抑菌范围
植物乳杆菌 （ "# $%&’(&)*+ ） 属于乳杆菌科中的 乳杆菌 属， 革 兰 氏 阳 性， 最 适 生 长 温 度 为 !3 2 !& 能在 *3 J 生长， "& J 不生长， 兼性厌氧， 在 K@ J， 值 "M & 2 1M & 生长， 最适 K@ 值 ’M & 左右。菌体呈短 杆状， 有时成对或成链状， 不产芽孢； 在 +N? 琼脂培 养基中呈灰白色、 不透明、 圆形、 光滑、 微小细密的
乳酸菌及其生物工程研究新进展
乳酸菌及其生物工程研究新进展摘要：近年来，乳酸菌及其生物工程研究取得了新的进展。
通过利用生物工程技术，可以对乳酸菌进行精确的遗传改造和代谢工程，以实现更好的功能表达和产物产量。
在人体健康方面，乳酸菌被广泛应用于益生菌制剂的研究与开发。
乳酸菌可以在人体肠道中促进有益菌的生长，抑制致病菌的生长，从而维持肠道菌群的平衡，改善消化系统功能，增强免疫力，并可能对炎症性肠病、过敏反应和肠道肿瘤等疾病的预防和治疗具有潜在的作用。
基于此，本篇文章对乳酸菌及其生物工程研究新进展进行研究，以供参考。
关键词：乳酸菌；生物工程；研究；进展引言乳酸菌是一类重要的细菌，被广泛应用于食品和医药领域。
近年来，乳酸菌及其生物工程研究取得了新的进展，为人们的生活和健康带来了许多积极影响。
1乳酸菌的生物工程研究内容1.1乳酸菌代谢途径和乳酸产生机制的研究乳酸菌通过糖类的发酵作用产生乳酸。
研究人员深入研究乳酸菌的代谢途径和调控机制，以提高乳酸的产量和质量。
此外，还探索了不同种类乳酸菌对不同糖类的利用能力和底物特异性，以实现多糖的高效利用。
1.2乳酸菌的功能改良和开发新品种生物工程技术给乳酸菌的功能改造和新品种的开发提供了有力工具。
通过基因工程手段，可以改变乳酸菌的代谢路径或酶活性，使其具有更多的产酸能力、抗菌能力、耐受性或特定功能。
此外，还可利用分子改造技术提高其生产效能和稳定性。
1.3乳酸菌在食品工业和医药领域的应用乳酸菌广泛应用于食品工业中，例如用于制作酸奶、奶酪、发酵肉制品等。
通过乳酸菌的发酵作用，不仅可以改善食品的口感和质量，还能够提高食品的卫生安全性和保质期。
此外，乳酸菌还被应用于医药领域，包括肠道健康维护、免疫调节、抗菌和抗肿瘤等方面。
2乳酸菌在食品工业中的应用2.1发酵食品酸奶是利用乳酸菌对牛奶进行发酵而制成的乳制品。
乳酸菌将牛奶中的乳糖发酵成乳酸，使得牛奶呈现出酸味，并且有益于消化吸收。
酸奶中的乳酸菌还可以促进肠道健康，增强免疫功能。
乳酸菌基因组学与基因工程的研究新进展
乳酸菌基因组学与基因工程的研究新进展薛迎迎，杨汝德（华南理工大学生物科学与工程学院，广东 广州 510006）摘要：本文对乳酸菌基因组学的研究新进展，包括乳酸菌基因组测序、基因组的进化和基因转移、乳酸菌重要的功能基因等以及乳酸菌基因工程的研究新进展，包括乳酸菌食品级表达载体、食品级载体选择标记、活体疫苗载体等方面进行了概述。
关键词：乳酸菌；基因组学；基因工程中图分类号：Q939.1；文献标识码：A；文章篇号:1673-9078(2008)06-0617-04Advances in Genomics and Genetic Engineering of Lactic Acid BacteriaXUE Ying-ying, YANG Ru-de（College of Bioscience and Bioengineering, South China University of Technology, Guangzhou 510006, China）Abstract: In this paper, research advances in genomics of lactic acid bacteria were reviewed, including genome sequencing, evolution, gene transfer and functional gene. The recent advances in genetic engineering of lactic acid bacteria were also introduced, including food-grade expression vector, selective marker, and live vaccine vector.Key words: lactic acid bacteria; genomics; genetic engineering乳酸菌( lactic acid bacteria , LAB)，是一类能利用碳水化合物产生大量乳酸的革兰氏阳性细菌的通称，广泛存在于自然界中，被公认为是安全的食品级微生物。
乳酸菌的研究现状及应用——食品微生物学进展作业
学号：2014051532《食品微生物学进展》结课论文题目：乳酸菌的研究现状及应用学院(系)：专业年级：学生姓名：指导教师：完成日期：2014年12月31日目录1 常见乳酸菌的分类 (3)2 乳酸菌的生理学特性及功能 (3)3 乳酸菌的应用 (4)3.1 乳酸菌在食品行业中的应用 (4)3.1.1作为食品中的防腐剂 (4)3.1.2作为食品的增稠剂、乳化剂和稳定剂 (4)3.2 乳酸菌在动物生产中的应用 (4)3.2.1乳酸菌在仔猪生产中的应 (4)3.2.2乳酸菌在家禽生产中的应用 (5)3.2.3乳酸菌在水产养殖中的应用 (5)3.3 乳酸菌在医学领域上的应用 (5)3.3.1免疫调节作用 (5)3.3.2抗菌功能 (6)3.3.3解毒功能 (6)3.3.4 肠道保护作用 (6)3.3.5 乳酸菌的抗癌作用 (6)3.3.6 乳酸菌制剂预防幼儿胃肠道、泌尿道感染的作用 (6)3.5 乳酸菌的其他应用 (7)4 乳酸菌应用的展望 (7)参考文献 (8)乳酸菌的研究现状及应用摘要：本文介绍了乳酸菌的生物特性及功能，综述了乳酸菌的应用现状，并对其发展前景作出展望。
关键词：乳酸菌；生物特性；生理功能；应用现状Advances in the research and application of Lactic acidbacteriaAbstract：This article reviews the Lactic acid bacterias’physiological characteristics, biological function and its current application, and forecasts the future of this research.Key Words: Lactic acid bacteria; physiological characteristics; physiological characteristics; current application、1 常见乳酸菌的分类乳酸菌（lactic acid bacteria，LAB）是一类能利用可发酵碳水化合物产生大量乳酸的细菌的通称。
基于文献计量的乳酸菌细菌素研究进展分析
基于文献计量的乳酸菌细菌素研究进展分析甄子辰;刘阳;王珊珊;路宏朝;王令;张涛【期刊名称】《食品工业科技》【年(卷),期】2024(45)9【摘要】乳酸菌细菌素是乳酸菌在代谢过程中产生的一类具有抑菌活性的天然蛋白质或多肽类物质,具有无抗药性、可生物降解、抑菌效果好等优点,在食品、医药、饲料领域应用前景广阔。
本文基于文献计量学方法,检索2000~2023年CNKI数据库和Web of Science(WOS)核心合集有关乳酸菌细菌素领域的文献,得到627篇中文文献和2543篇英文文献。
使用CiteSpace软件从年度发文量,发文国家、作者、机构和期刊,高被引文献,关键词共现聚类等角度分析该领域的研究现状和热点。
结果显示:2000~2022年发文量总体呈上升的趋势。
西班牙、印度、中国的发文量在国家排行前三。
CNKI数据库与WOS数据库发文量最高的作者分别是中国农业大学李平兰和巴西圣保罗大学Todorov SD。
发文量最高的期刊分别是《食品工业科技》与《Journal of Appled Micbiogy》。
CNKI数据库中关键词分析可以看出,文章多是从不同食品样本中分离、筛选、鉴定获得产细菌素的乳酸菌,进一步评价细菌素的抑菌活性,并探讨其在食品行业中的应用;突现词分析表明细菌素抑菌机制、细菌素与益生菌的联系是目前研究热点。
WOS数据库中关键词“胃肠道”、“基因特征”、“单增核李斯特菌”、“抑菌活性”出现频次较高,主要热点是抑制抗生素耐药细菌的乳酸菌细菌素的挖掘及其基因特征的解析。
通过文献综合分析,为我国科研人员从事相关研究和预测行业未来发展趋势提供参考和帮助。
【总页数】11页(P378-388)【作者】甄子辰;刘阳;王珊珊;路宏朝;王令;张涛【作者单位】陕西理工大学生物科学与工程学院;秦巴生物资源与生态环境省部共建国家重点实验室(培育);陕南秦巴山区生物资源综合开发协同创新中心;秦巴特色肉制品质量提升与安全控制陕西省高校工程研究中心;陕西省四主体一联合镇巴腊肉校企联合研究中心;陕西省资源生物重点实验室【正文语种】中文【中图分类】TS252.1【相关文献】1.基于 Web of Science 的多粘菌素肾毒性文献计量分析2.基于文献计量分析的国内农业生态补偿研究态势基于文献计量分析的国内农业生态补偿研究态势3.基于文献计量的多黏菌素E治疗药物监测相关研究热点和未来趋势分析4.基于声景的生物多样性评估方法研究进展——基于文献计量分析5.国内外绿道研究进展与趋势分析——基于CiteSpace的文献计量分析与可视化因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
什么是乳酸菌？细菌素？
• 乳酸菌是一类能够发酵糖类产生大量乳酸 的革兰氏阳性菌耐氧或碱性厌氧菌。包括 主要包括乳杆菌(Lactobacillus )、乳 球 菌 ( Lactococcus )、明 串 珠 菌 ( Leuconostoc )、 片 球 菌 ( Pediococcus )、 链 球 菌(Streptococcus )、肠 球 菌 ( E nterococcus )、双 歧 杆 菌 (Bifidobacterium )等至少23个属。
嗜酸乳杆菌11088的细菌素基因
• lactacin F
laf
ORFX ORFY ORFZ
75
32 62 124
后三个读码框可能与细菌素的表达分泌 有关，有待研究。 利用穿梭载体将该接合质粒上一段包含 lactacin F 结构和免疫基因在内的 212kb 的DNA 片段克隆、 导入不产 lactacin 的同源乳杆菌中, 表达成功
• nisin 的结构基因(nis A )位于染色体的可接 合转座子上, 转座子大小为70kb, 其中在 10kb的片段上分布着 nis A、 B、 T、 C、 Z、 P 和K 基因, 构成一个长度约为815kb 的多顺反操纵子, 其中5′ - 端有一个核糖体 结合位点, 3′ - 端有一个终止密码子和不依 赖于ρ因子的转录终止子; 多顺反子mRNA 含有RNA 修饰、 加工信息, 加工后产生一 个267kb 的mRNA 转录产物。
两种细菌素对脂质体无效进一步证实其抑菌 作用依赖于膜上特定受体蛋白。携有 lactococcin A 和lactococcin B 免疫基因的细 胞能对这两种细菌素产生抗性,推测免疫蛋白 可能就定位于细胞膜上。 免疫蛋白与细胞膜 表面特定受体蛋白的靶位点结合后, 使该受 体蛋白不能再介导细菌素在细菌细胞膜上形 成亲水孔道, 致使细菌对细菌素产 生抗性。 简言之, 细菌素免疫蛋白的存在抑制了膜上 亲水孔道的形成。
定此三种细菌素生物学功能上的变异并非 源于转录水平的
研究表明, 大量分泌蛋白前体的信号肽序列 都有一个保守的三联结构: 一个带正电荷的 N - 端区域, 一个中央疏水区域和一个极性 的C- 端区域, 三个区的长度分别为 1～5、 7～ 15 和3～ 6 个残基, 其中C- 末端为信号 肽酶的识别位点, 其模式为XXA (G)↓(X 为任 意一种氨基酸, ↓为酶切位点）
• helveticin J 是由 lactobacillus helveticus (瑞士乳杆菌)481 产生的一个染色体编码的 37kDa 的细菌素, 抑菌谱较窄, 仅对一些同 源乳杆菌有效
1
ห้องสมุดไป่ตู้
2
3
4
5
6
1-启动子
2-反向重复序列，可能与调控有关
3-核糖体结合区域
4-开放读码框ORF2，315bp , 编码一个 1118kDa 的未知功能蛋白
• 许多乳酸菌能够产生具有杀菌或抑菌作用 的细菌素。
• 细菌素是由某些细菌在代谢过程中通过核 糖体合成机制产生的一类具有抑菌活性的 多肽或前体多肽, 抑菌范围不仅仅局限于同 源的细菌, 产生菌对其细菌素有自身免疫性。
1、乳酸菌细菌素的分类
基于分子量、 热敏感性和是否含修饰性氨 基酸, 可将乳酸菌细菌素大致分为四类: • 小分子热稳定肽( small heat- stable peptide, SHSP) • 大分子热不稳定蛋白( largeheat - labile p ro tein, LHL P ) • 羊 毛 硫 抗 生 素( lantibiotics) • 赖于两个或两个以上小肽分子协同作用的 细菌素
2.3转运机制
• 分析SHSP 的N - 端先导序列发现并没有典 型的信号肽结构, 除 lactacin F 外, 其它 SHSP 的N - 端先导序列中缺乏分泌蛋白信 号肽所共有的中央疏水区, 其前导序列较短, 且含有数个酸性氨基酸残基。由此提示 SHSP 中可能存在一种新型的转运机制
• 由前面讨论可知,WM 4 的 lactococcin A 结 构基因上游的 lcn C、 lcn D 基因可能参与 细菌素表达及分泌
质粒编码细菌素的遗传图谱
• lactococcin A
lcnA
lciA
75
98
• lactococcin B
lcnB
lciB
68
91
• lactococcin M
lcnM
lcnM/b
lciM
69
77
154
乳脂乳球菌 9B4 产生的 lactococcin A、 B 和 M , 其结构( lcn)与免疫( lci)基因均定位于一个 60kb 大小的接合质粒(P9B4- 6)上。
2.4作用机制
• 发现纯品 lactococcin A 能够增加敏感株的 膜通透性, 导致膜电势崩溃, 使胞内和膜质 体内的氨基酸、 ATP 等营养物质外流, 但对 脂质体无效
lactococcin 在细胞膜上形成亲水性通透孔 道是经膜上特定受体蛋白介导, 与膜电位无 关, 因此又称这类细菌素为非能量依赖型细 菌素, 其作用主要是破坏膜功能的稳定性(如 能量转导)。
5-开放读码框ORF3，999bp，结构基因
6-ρ- 终止子
4、羊毛硫抗生素( lantibiotics)
• lantibiotics 的显著特点是分子内含有非编码 氨基酸, 包括羊毛硫氨酸、 B - 甲基羊毛硫 氨酸、 脱氢丙氨酸(DHa)和脱氢丁氨酸 (DHb )。非编码氨基酸的存在侧面提示了 lantibiotics 在形成过程中必定经过了翻译后 的酶修饰与加工。
环形分子lactocin S
• 分子中有 2 个羊毛硫氨酸, 3 个Dha 和 1个 DHb
• lactocin S 的结构及免疫基因定位在粟酒乳 杆菌L 45 的一个50kb 质粒上, 负责 lactocin S 前体肽翻译后修饰及跨膜转运的基因也都 位于同一质粒上
2、小分子热稳定肽(SHSP)
• 2.1遗传学分析 • 2.2结构上的共性 • 2.3转运机制 • 2.4作用机制
2.1、遗传学分析
对乳酸菌细菌素的分子遗传学研究表明许 多细菌素的产生与质粒相关。下面分析六 种质粒编码细菌素的遗传图谱,对于每一种 细菌素, 其结构基因总是与两个或多个相关 基因紧密排列构成一个类操纵子结构模块。
明串珠菌的细菌素基因
• leucocin A - UAL 187
leuA 58-61
ORF2 113
• pediocin PA - 1
ORF2可能负责 免疫性
pedA 62
pedB 112
pedC 174
pedD 724
将此操纵子在重组质粒中克隆并导入E.co li表达, 则产 生并分泌出了有生物活性的pediocin ped编码的724个氨基酸的蛋白，参与运输与传递。
nisin的作用机制
• nisin 是一个疏水的带正电荷的小肽, 其作用 机制与其它 lantibiotics 相似, 作用靶位点是 细菌细胞膜。在一定膜电位存在的条件下, nisin 与细菌细胞膜结合形成通透性孔道结 构, 使A TP、 K+等小分子和离子通过孔道 流失, 造成细胞膜渗漏和去极化, 膜内外能 差消失, 因其作用需膜电位的存在, 故又称 为能量依赖性细菌素。
• 根据 lantibiotics 的分子结构可将其细分为 两类: 一类是线型的, 另一类是环型的。
线性分子nisin
• nisin 前体肽由57个氨基酸组成, 其中N - 端 23 个残基构成信号肽区; 信号肽在 细胞表面被信号肽酶水解去除后, 释放 出成熟的、 有生物活性的nisin。
• nisin 是一种含 34 个氨基酸的小肽, 分 子量约为3500Da, 分子内不含芳香氨 基酸, 但含有DHa、 DHb、 羊毛硫氨 酸和 B - 甲基羊毛硫氨酸。
2.2结构上的共性
• N - 末端信号肽长度均为 18～ 21 氨基酸 • 前体肽的起始氨基酸为Met, 紧随其后的氨
基酸残基通常为Lys残基 • N - 末端信号肽的- 1 和- 2 位置上为两个
Gly 残基 • 成熟的细菌素其N - 末端+ 1 位置上通常是
Lys 或Arg 残基
L actococcin A、 B、 M 的N - 末端信号肽 呈现高度同源, 提示其操纵子结构可能受同 一类启动子调控,而信号肽酶切位点 G—G 后的氨基酸序列则无明显类似性, 基于启动 子和N - 末端信号肽的高度同源性, 可以确
对乳酸乳球菌双乙酰亚种WM 4 的 lactococcin A 操纵子的研究结果证实该细 菌素的结构与免疫基因位于一个 136kb 的 质粒(pN P2)上, 序列分析表明这两个基因 与 9B4 的 lactococcin A 的结构与免疫基因 相同。值得一提的是,WM 4 的 lactococcin A 操纵子结构中除 lcn A 和 lciA 基因外, 其 上游还含有 lcn C 和lcn D 基因,在 lactococcin A 的表达及分泌中起重要作用
• lcn C 和 lcn D 基因与G-菌中负责蛋白分泌 的基因高度同源
研究发现 I L 1403 染色体上部分序列与WM 4 的 lactococcin A 基因簇序列高度同源, 提 示I L 1403 染色体上可能含有类似于 lcn C、 lcn D 的基因。 由此,将携有 lactococcin A 结构和免疫基因的穿梭质粒导入I L 1403, 借助 I L 1403 染色体上相应 lcn C 和 lcn D 基因的互补作用, 就可以合成有生物活性的 lactococcin A。
二级结构预测显示 lactacin F 分子N - 端有 一段 A - 螺旋, 信号肽酶切位点处则有一个 B - 转角
值得一提的是, lactococcin A、 B 和M 的前 体肽- 3 位置上均为Asn 残基, 这在其它分 泌蛋白前体的信号肽中极为罕见。Holo等 人认为 lactococcin A 的成熟过程是两步行 为: 信号肽酶首先水解 Gly- Gly 之间的肽键, 移去前体细菌素N - 端 20 个氨基酸大小的 信号肽, 然后再水解去除剩余肽段的N - 端 Gly 残基, 最后形成一个 54 氨基酸大小的 成熟细菌素