枯草芽孢杆菌源抗生素研究进展
浅谈枯草芽孢杆菌的研究进展
浅谈枯 草芽孢杆 菌 的研 究进展
陈 明丽 ， 于 涵， 高 虹， 谢 丽华
（ 黑龙 江 省 农 垦 科 学 院 植 物 保 护研 究 所 ， 哈 尔滨 １ ５ ０ ０ ３ ８ ）
摘要 ： 枯 草 芽孢 杆 菌是 一 种 有 益 的 土 壤 细 菌 ， 本 身具 有 对 环 境 友 好 、 对粮食 作物 安全 、 对人 畜无 害等优 点而 受
杨 敬辉 、 朱 桂梅等研究 了枯草 芽孢杆菌 Ｋ１ ２ 发 酵液对 核盘菌 的抑菌活性 ； 张淑梅 、 王玉霞 、 王佳 龙等研 究 了 枯草芽孢 杆菌 防治 大豆菌核病 效果 ； 晏 立英 、 周乐 聪 、 谈宇俊 研究 了枯草芽孢 杆菌对 油菜菌核病 菌 的防治 效果 。 １ ． ３ 枯 草芽 孢杆 菌在 蔬菜 病 害 防治 中的应 用 杜立 新 、 冯书亮、 王容燕 等 研究 发现 了拮 抗 Ｂ ｓ 一 ２ ０ ８菌株对 番 茄灰 霉病 的抑 制机 理 ； 王 玉霞 、 李 晶、 张 淑梅
枯 草芽孢杆 菌 ｌ 号对 ６种植物病 原菌具有 显著 的抑 菌作 用 ； 丁 国春 、 付鹏 、 李红 梅等研 究 了枯草 芽孢杆 菌 ＡＲ ｌ ｌ 菌株对根结 线虫 的生 物防治作 用 ； 穆常青 、 潘玮、 陆庆光等研究 了枯草 芽孢杆 菌对水稻 稻瘟病 的防治效果 。
１ ． ２ 枯 草芽孢 杆 菌在 经济 作物 病 害防治 中的应 用
病害发生更普遍 ， 危 害更 严 重 ， 成 为 影 响 大 麦 稳 产 增 产 的 主 要 因 素 。 本 文 通 过 分 析 大 麦 条 纹 病 的侵 染 途 径 和 发 病
规律 ， 总 结 出 了 大麦 条 纹 病 的 主要 防 治措 施 。
等研 究 了枯 草芽孢 杆 菌对 黄瓜 根腐 病 的 防治效 果 ； 李晶、 孙宇峰 、 张 淑 梅等 研 究 了枯 草 芽 孢杆 菌水 剂 防 治 黄
枯草芽孢杆菌在水产养殖中的研究进展
枯草芽孢杆菌在水产养殖中的研究进展苏艳莉;孙盛明;朱健;谢骏;戈贤平【摘要】枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)是革兰氏阳性菌,主要以芽孢形态存在,稳定性和抗逆性强,抗菌性能好,其作为绿色免疫增强剂之一可部分替代抗生素,在水产养殖中适量使用枯草芽孢杆菌已成为一种健康养殖方式.枯草芽孢杆菌通过发挥自身营养功效、分泌抑菌物质等方式调节动物体内微生态平衡、提高免疫力和抗病力,从而促进养殖动物生长、减少病害发生以及改善养殖环境.本文综述了枯草芽孢杆菌的特性、作用机理、适宜添加量以及使用方式和现状,并进一步展望未来的研究方向,使其应用更加广泛,促进中国水产养殖的健康发展.【期刊名称】《中国渔业质量与标准》【年(卷),期】2016(006)006【总页数】8页(P32-39)【关键词】枯草芽孢杆菌;水产养殖;水质;免疫调节;适宜添加量;作用机理【作者】苏艳莉;孙盛明;朱健;谢骏;戈贤平【作者单位】中国水产科学研究院珠江水产研究所,农业部热带亚热带水产资源利用与养殖重点实验室,广东广州510380;南京农业大学无锡渔业学院,江苏无锡214081;中国水产科学研究院淡水渔业研究中心,江苏无锡214081;中国水产科学研究院淡水渔业研究中心,江苏无锡214081;中国水产科学研究院珠江水产研究所,农业部热带亚热带水产资源利用与养殖重点实验室,广东广州510380;南京农业大学无锡渔业学院,江苏无锡214081【正文语种】中文【中图分类】S96从20世纪70年代开始，中国水产养殖业集约化、规模化的养殖模式日趋成熟，人们对水产品的需求量以每年8.9%～9.1%的速度增长；高密度、大容量、频繁投饵的养殖方式使养殖水体环境日益恶化，水中及池底有机物沉积，溶解氧减少，氨氮、磷酸盐等有害物质增多，水体微生态平衡被打破，影响鱼类正常生长，导致病害频发，严重时造成大量死亡，损失巨大[1-3]。
然而养殖过程中过量且频繁使用抗生素，虽然能有效控制某些疾病的发生，但会导致水产动物体内菌群失调，并让有害微生物产生耐药性，造成水产品药物残留，通过食物链间接对人体健康产生威胁，因此人们迫切地希望能够找到抗生素的替代品来抑制病原菌，减少病害的发生，增大养殖效益[4-5]。
生防菌枯草芽孢杆菌的研究进展
生防菌枯草芽孢杆菌的研究进展作者：暂无来源：《渔业致富指南》 2015年第20期张彩凤随着生活质量的逐步提高和环境意识的增强，人们越来越多的关注生存环境，对植物病害的防治也开始找寻更加安全可靠、经济有效的技术。
生物防治因其环境兼容性好、不易引起抗性和防效持久稳定等优势，逐渐成为替代化学防治的主要方法，寻找生防菌资源，开发研究新型生防微生物是生物防治的研究重心，而芽孢杆菌尤其是枯草芽孢杆菌作为有益生防菌一直是研究的热点。
1 枯草芽孢杆菌研究现状生防微生物中细菌种类和数量众多，其中枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）是种优良的生防菌株。
它是种好氧或兼性厌氧的产芽孢的G+杆状细菌，其生理特征丰富多样，在自然界中广泛存在，极易分离培养，并且能够产生抗逆性的休眠体——芽孢，从而可以适应恶劣的环境，存活期长。
其在防治植物病害的发生、提高农作物产量、促进农作物生长等方面都有显著的作用；并且不会污染环境和危害人类的健康，是较为理想的生防微生物。
它是土壤和植物体表、根际重要的微生物种群。
目前，该菌已经在小麦、黄瓜、玉米和水稻等多种作物上显出很好防治病害的效果。
2 枯草芽孢杆菌产生的抗菌物质枯草芽孢杆菌是芽孢杆菌属中的主要抗菌蛋白生产菌，该种菌能够产生70多种抗菌物质，包括肽类、脂肽类、氨基酸类和核酸类等多种化合物：如非核糖体途径合成的抗生素（bacolysin）和脂肽类抗生素表面活性素（surfactin）；伊枯草菌素（fengycin和iturins）核糖体途径合成的肽类抗生素枯草菌素和类羊毛硫抗生素等。
G.Zheng从枯草芽孢杆菌分离到一种分子量3.4KDa的细菌素，其对鼠伤寒沙门氏菌（Salmonella tyhmurium）、蜡样芽胞杆菌（B.cereus）、单核李斯特杆菌（Listeria monocytogenes）都有强烈的抑制作用，可以作为一种有潜力的抗生物质添加到食品中。
刘颖等人从枯草芽孢杆菌TG-26中分离得到了抗真菌小肽LP-1，经试验测定分子量为1057.3Da，其对番茄蔫萎座镰孢霉（Fusarium oxysporum f.lycopersici）和瓜果腐霉（Pythium aphanmdermatum）等植物病原菌具有强烈的抑制作用。
枯草芽孢杆菌代谢途径的研究和应用
枯草芽孢杆菌代谢途径的研究和应用枯草芽孢杆菌是一种常见的土壤微生物，在土壤商业化生产、生物防治、有机肥料制备以及环境污染治理等领域都具有重要的应用价值。
而其代谢途径的研究也逐渐成为研究热点。
本文将就枯草芽孢杆菌代谢途径的研究和应用方面做一介绍。
一、枯草芽孢杆菌代谢途径的分类和特点枯草芽孢杆菌属于厌氧草原芽孢杆菌属，其代谢途径主要分为两类：厌氧代谢和好氧代谢。
其中厌氧代谢能够利用各种有机物质（如葡萄糖、乳糖、酪氨酸、苯乙酸等）为碳源和能源，而好氧代谢则可利用多种营养物质代谢，包括单糖、二糖、酸、氨基酸等。
枯草芽孢杆菌的代谢途径具有较好的耐受性和多样性，不仅能适应于多种环境，而且能够适应一定的环境变化，这使得其在生物制药和废水处理等领域应用被越来越广泛。
二、枯草芽孢杆菌的应用1、枯草芽孢杆菌在生物制药方面的应用枯草芽孢杆菌是一种常见的生产新药和化学药物的菌种，如由其代谢产生的抗生素和生长调节剂，尤其是枯草芽孢素等广谱抗生素，具有对多种细菌和真菌的抑制能力，并且在医学、兽药、饲料生产、农药、环境工程等上有着广泛的应用前景。
2、枯草芽孢杆菌在废水处理方面的应用枯草芽孢杆菌能够降解废水中的有机物、氨氮、硫化物等有害物质，使其具有很大的废水处理作用，在循环经济中的应用前景不容小觑。
3、枯草芽孢杆菌在土壤商业化生产方面的应用枯草芽孢杆菌能够分泌大量的生长激素和抗生素，对植物生长和养分吸收有着显著的促进作用。
特别是在还田肥、复合肥、有机肥生产等方面有着广泛的应用前景，可以保持土质的稳定性、提高土壤肥力，以及促进作物生长等。
三、结语枯草芽孢杆菌作为一种常见的土壤微生物，在生物制药、废水处理、土壤商业化生产等方面具有着广泛的应用价值。
而其代谢途径的研究也是热点领域，相信在未来，枯草芽孢杆菌的应用前景会变得更加广阔。
枯草芽孢杆菌的研究与应用
《微生物学》课程论文论文题目：枯草芽孢杆菌的研究与应用学院：生命与地理科学学院专业：生物科学班级：S10A学号：20101911105姓名：张成义成绩：目录枯草芽孢杆菌的研究与应用........................................ - 2 - 1.枯草芽孢杆菌在医药方面的应用.................................. - 2 -1．1纳豆激酶的发现及应用.................................... - 3 - 1．2 脂肪酶................................................. - 3 - 2、枯草芽孢杆菌在农业中的应用................................... - 4 -2．1 枯草芽孢杆菌在饲料中的应用............................. - 4 - 2．2 枯草芽孢杆菌在生物农药中的应用......................... - 4 - 2．2．1 枯草芽孢杆菌在动物养殖中的作用................... - 4 - 2．2．2 枯草芽孢杆菌在农作物病虫防治中的作用............. - 4 - 3、枯草芽孢杆菌在现代科学研究中的应用........................... - 5 -3．1 枯草芽孢杆菌表达系统的研究............................. - 5 - 3．2 枯草芽孢杆菌细胞质融合方面的研究....................... - 5 -4.枯草芽孢杆菌应用中存在的问题.................................. - 6 -5.枯草芽孢杆菌制剂作用机理及应用效果............................ - 6 -5．1 枯草芽孢杆菌的作用机理................................ - 6 - 5．1．1 生物夺氧........................................ - 6 - 5．1．1．1拮抗致病微生物，改善体内外生态环境......... - 7 -5．1．1．2 增强动物体的免疫功能..................... - 7 -5．1．1．3产生多种消化酶............................. - 7 -5．1．1．4产生多种营养物质........................... - 8 - 5．2 枯草芽孢杆菌在动物生产上的应用效果.................... - 8 - 5．2．1 禽类养殖中的效果................................ - 8 - 5．2．2 畜类养殖中的效果................................ - 8 - 5．2．3 在水产生产上的应用效果........................... - 9 - 6.展望.......................................................... - 9 - 参考文献....................................................... - 10 -枯草芽孢杆菌的研究与应用摘要：枯草芽孢杆菌是革兰氏阳性细菌，能形成芽孢，是一些重要工业酶制剂的生产菌由于其具有非致病性分泌蛋白能力强的特性和良好的发酵基础，所以应用十分广泛。
枯草芽孢杆菌的生物特性及其在农业生产中的应用研究
枯草芽孢杆菌的生物特性及其在农业生产中的应用研究枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）是一种常见的、广泛存在于土壤和水体中的革兰氏阳性细菌。
它具有许多独特的生物特性，使得它在农业生产中具有广泛的应用前景。
首先，枯草芽孢杆菌具有广泛的抗菌活性。
它产生一系列的抗生素和抗菌物质，如枯草芽孢素、亚硫酸氢钠、抗菌肽等，可以有效抑制多种植物病原菌和害虫的生长和繁殖，从而减少化学农药的使用。
其次，枯草芽孢杆菌具有产生植物生长促进物质的能力。
例如，它可以产生丰富的胞外多糖、植物激素和有机酸等物质，可以促进植物的根系生长、提高养分吸收能力和抗逆性，增强植物抵抗病虫害的能力。
此外，枯草芽孢杆菌还具有分解有机物和提高土壤肥力的作用。
它能够产生多种酶类，如纤维素酶、蛋白酶和淀粉酶等，可以有效分解有机物，提供植物所需的养分。
同时，它还可以固氮和溶磷，使得土壤中的氮和磷元素更易被植物吸收利用，提高土壤肥力。
另外，枯草芽孢杆菌对环境友好，具有良好的生态适应性。
它不会积累残留物，对环境没有污染，不会引起生态失衡。
同时，枯草芽孢杆菌对温度和湿度的适应性较强，能在广泛的环境条件下存活和繁殖，具有较高的生物安全性。
在农业生产中，枯草芽孢杆菌被广泛应用于生物农药和土壤改良剂的研发和生产。
首先，它可以作为生物农药用于防治植物病害和害虫。
其产生的抗菌物质可以抑制病原菌和害虫的生长，有效防治病虫害，减少化学农药的使用。
其次，枯草芽孢杆菌还可以作为土壤改良剂应用于土壤修复和养分供应。
它能够分解有机物和提供养分，改善土壤结构和肥力，增强土壤的生物活性。
此外，枯草芽孢杆菌还能被应用于种子处理和作物生长促进剂的制备。
对种子进行枯草芽孢杆菌的处理可以提高种子的活力和抗逆性，促进幼苗生长。
将枯草芽孢杆菌应用于作物生长促进剂的制备中，可以促进植物的生长和养分吸收，提高产量和品质。
总之，枯草芽孢杆菌具有广泛的抗菌活性、植物生长促进物质产生能力和土壤肥力改良作用，同时具有环境友好性和生态适应性。
枯草芽孢杆菌抗生物胁迫机制研究
枯草芽孢杆菌抗生物胁迫机制研究枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）是一种常见的细菌，具有广泛的应用价值。
在自然环境中，它常受到来自其他微生物的生物胁迫，以及温度、盐度等环境因素的影响。
因此，研究枯草芽孢杆菌的抗生物胁迫机制对于提高其生物学特性和应用价值具有重要意义。
抗生物胁迫机制是指枯草芽孢杆菌通过一系列的生物学和生化反应来抵抗和适应外界的生物胁迫。
这些机制主要包括响应基因表达调控、产生抗生素和分泌细胞外多糖等。
首先，响应基因表达调控是枯草芽孢杆菌对抗生物胁迫的重要机制之一。
在遭受胁迫后，细菌会通过感知外界信号并传递到细胞内部，进而触发特定的基因表达程序。
例如，研究发现Bacillus subtilis会通过两个主要的信号传导通路——两组分系统和σB通路，来激活一系列的抗应激基因。
这些基因编码了一些反应胁迫的蛋白质，如抗氧化酶和抗胁迫酶，以提高细菌的生存能力。
其次，枯草芽孢杆菌还能通过产生抗生素来抵抗生物胁迫。
抗生素是一类具有杀菌或抑制微生物生长活性的化学物质。
研究发现，枯草芽孢杆菌能够产生多种抗生素，如青霉素类抗生素、链霉素类抗生素和抗生素蛋白等。
这些抗生素的产生可以有效地抑制其他微生物的生长，保护枯草芽孢杆菌的生存环境。
此外，分泌细胞外多糖也是枯草芽孢杆菌对抗生物胁迫的一种重要策略。
细胞外多糖是一种生物体通过分泌到细胞外来形成的复杂多糖结构，具有重要的生物学功能。
研究表明，枯草芽孢杆菌能够分泌细胞外多糖，形成稀溶性胶体，为细菌提供一层保护屏障，抵御外界的生物胁迫。
此外，细胞外多糖还能够与细菌细胞表面的受体结合，进一步发挥抗胁迫的作用。
综上所述，枯草芽孢杆菌通过响应基因表达调控、产生抗生素和分泌细胞外多糖等机制来抵抗生物胁迫。
这些机制对维持枯草芽孢杆菌的生存环境、提高其生存能力具有重要意义。
未来的研究可以深入探究这些机制的调控网络和相互作用，以进一步揭示枯草芽孢杆菌的抗生物胁迫机制，为其应用于农业和生物工程等领域提供更好的理论基础和应用价值。
Bacillussubtilis脂肽BacillomycinD抗黄曲霉毒素研究进展
制进行了综述，为其进一步应用提供参考。
关键词：枯草芽孢杆菌；抗菌脂肽；Bacillomycin D；黄曲霉；毒素
中图分类号 5816.7
文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2016）06-22-03
Research Progress on the Inhibition Effect of Antimicrobial Lipopeptide Bacillomycin D from Bacil⁃ lus subtilis on Aspergillus flavus
草芽孢杆菌菌株中分离得到具有抑制黄曲霉毒素的脂肽抗生素 Bacillomycin D。Bacillomycin D 属于 Iturin 家
族，是枯草芽孢杆菌抑制黄曲霉毒素最强抗生素，也是目前唯一从枯草芽孢杆菌菌株中得到并且已经鉴定的
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
具有抗黄曲霉活性的物质。该文对枯草芽孢杆菌及其抗菌脂肽 Bacillomycin D 的结构、性质、抑制黄曲霉机
22
安徽农学通报，Anhui Agri.Sci.Bull.2016，22（06）
Bacillus subtilis 脂肽 Bacillomycin D 抗黄曲霉毒素研究进展
马芳芬 殷海成*
（河南工业大学生物工程学院，河南郑州 450001）
摘 要：枯草芽孢杆菌（Bacillus subtills）被认为是一种有效抑制黄曲霉并降解其毒素的菌种。己从不同的枯
枯草芽孢杆菌防治植物真菌病害研究进展
上海农业学报 2006,22(1):109-112Acta Agriculturae Shanghai文章编号:1000 3924(2006)01 109 04枯草芽孢杆菌防治植物真菌病害研究进展程洪斌1,刘晓桥2,陈红漫1*(1沈阳农业大学生物科学技术学院,沈阳110161; 2上海绿神生态园艺有限公司,上海200083)摘 要:介绍了枯草芽孢杆菌防治植物真菌病害的研究进展,阐述了枯草芽孢杆菌生防机制、育种及发酵培养研究概况。
讨论了目前枯草芽孢杆菌在生防研究中存在的问题及发展前景。
关键词:枯草芽孢杆菌;生防机制;育种;发酵培养中图分类号:S435.121.4+9 文献标识码:A枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)于1941年在非洲战役时被德国医疗军团发现,从马和骆驼的粪便中分离出来[1]。
根据菌落形态以及形成芽孢的特点而命名为枯草芽孢杆菌,是内生芽孢的革兰氏阳性细菌,在芽孢形成初期分泌各种抗菌物质,对病原真菌有特异性的防治作用。
早在1879年,拜耳前身公司生产的一种菌肥,使用的就是枯草芽孢杆菌[2]。
20世纪90年代初,美国Gustafson公司以Epic、Kodiak为注册商标大量生产枯草芽孢杆菌杀菌剂,随后国际上多家公司相继推出枯草芽孢杆菌杀菌剂。
我国近年来也开始有各种枯草芽孢杆菌杀菌剂的规模化生产,如云南省农科院开发的 百抗 及湖北省武汉天惠生物工程有限公司生产的枯草芽孢杆菌可湿性粉剂及上海市农业科学院开发的防治番茄叶霉菌的G3等。
随着枯草芽孢杆菌作为革兰氏阳性代表菌株基因组被测序以来,同枯草芽孢杆菌有关的研究,特别是有关生化分析、分子生物学等方面基础理论研究持续展开。
当今人们的环保意识不断增强,生物农药正在引起越来越多的关注。
枯草芽孢杆菌杀菌剂克服了传统化学农药污染环境、危害人畜、易产生抗性等缺点,具有选择性强、安全、原料简单等优点,在微生物杀菌剂市场中初露头角。
1 枯草芽孢杆菌生防机制研究枯草芽孢杆菌通过成功定殖至植物根际、体表或体内,同病原菌竞争植物周围的营养、分泌抗菌物质抑制病原菌生长,同时诱导植物防御系统抵御病原菌入侵,从而达到生防的目的。
枯草芽孢杆菌表达系统研究进展
第38卷第6期 注 為 科 修Vol. 38 No. 62020 年 12 月JIANGXI SCIENCED" 2020doi ：10.13990/j. ()1001 -3679.2020.06.016枯草芽抱杆菌表达系统研究进展马平英，罗雯3,詹怡昕，吴楚楚，熊雨顺，许小群，陈梅4南昌师范学院生物系,330032，南昌)摘要:枯草芽抱杆菌是一种土壤来源的、低G + C 、内生抱子革兰氏阳性细菌。
其所属芽抱杆菌属是微生物发酵中的主要细菌，该细菌被认为是理想的模式生物。
枯草芽抱杆菌应用广泛，且因其具有非致病性、抗药性有限、为益生菌菌株等优点，可以直接用于人体和动物。
综述枯草芽抱杆菌的优点、表达系统的发展及其在各个领域的应用进展，从而在理论和实践两方面为枯草芽抱杆菌的表达系统研究提供可以借鉴的依据和思路。
关键词：枯草芽抱杆菌；遗传转化;表达;应用；进展中图分类号:Q939. 9文献标识码:A 文章编号:1001 -3679(2020)06 -867 -05Research Progress of Bacillus subtilis Expression SystemMA Pingying, LUO Wen ** , ZHAN Yixin, WU Chuchu , XIONG Yushun, XU Xiaoqun, CHEN Mei 收稿日期:2020 - 10 - 24；修订日期:2020-11 -10作者简介:马平英(1999—),女，本科，研究方向:生物科学。
基金项目：国家级大学生创新创业训练计划项目(201614437004)；南昌师范学院学生科研项目(19XSKY51 )o*通信作者:罗 雯(1974—),女，博士，教授，研究方向为应用微生物学。
E-mail ： ***************。
(Department of Biology, Nanchang Normal University , 330032, Nanchang , PRC)Abstra^: BadUus subtilis is a kind of soil - derived gram 一 positive bacterium with low G + C andendospore. Badllus is the main bacmia in microbial feanentation , which is sonsidered th be an iVe- al model oreanism. BadUus subtilis is wiVely used and it ccn be directly used in human body andanimals beccuse of its non - pathoocnic , limited resistance and being probiotic strains. The purpose of this paper was ta eeview the adventages of Badllus subtilis , the development of the expression sys tem and i I s application in veaoueields, ss as th previde referencc basis and ides for the study of the exprssion system of Bacillus subtilis in theory and practica.Key %ords ：Bad,llus subtilis p genetic transformation ； expression ； application ； prooress0引言枯草芽抱杆菌(Badllus subtilis)是一种理想 型的模式生物，其应用价值很高,培养简单快速, 具有非致病性及良好的发酵基础和生产技术等优势，是目前生产各种工业用酶的理想表达宿主。
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动物医学进展,2010,31(9):97101Pr ogress in Veterinary Medicine枯草芽孢杆菌源抗生素研究进展王强,彭开松,严兵,屠利民,涂健,祁克宗*(安徽农业大学动物科技学院,安徽合肥230036)摘要:枯草芽孢杆菌为革兰阳性菌,其基因组结构复杂,能产生多种抗生素,主要包括肽类物质和非肽类物质。
肽类物质可分为两类,一类由核糖体途径合成,另一类由非核糖体途径合成;非肽类物质包括聚酮化合物、氨基糖和磷脂。
论文介绍了已知的枯草芽孢杆菌抗生素的结构和生物合成过程,给出一些抗生素的调控途径。
概述了枯草芽孢杆菌抗生素除抗菌活性以外其他的生物学活性,为枯草芽孢杆菌抗生素的研究提供参考。
关键词:枯草芽孢杆菌;抗生素;活性;基因中图分类号:859.796文献标识码:A文章编号:10075038(2010)09009705枯草芽孢杆菌(Ba cillus sub tilis)是一种嗜热、好氧产芽孢的革兰阳性杆状细菌,其生理特征多样,易分离培养,能产生多种抗生素[12],这些抗生素包括肽类抗生素、脂肽类抗生素、磷脂类抗生素、聚酮化合物、氨基糖等[3],它们能克服病原菌对现有抗生素的耐药性问题,其中尤为重要的是具有极高生物工程利用价值的脂肽类和肽类抗生素。
如核糖体途径合成的肽类抗生素枯草菌素(Subtilin)、Ericin 和Mersacidin 等,非核糖体途径合成的脂肽类抗生素表面活性素(sur factin)、伊枯草菌素(iturin)、丰原素(fengycin)等。
研究发现,所有编码这些抗生素的基因全长共计350kb,没有一株细菌拥有所有这些基因,而且其染色体基因中平均只有4%~5%用于抗生素的表达[4]。
本文对枯草芽孢杆菌抗生素的结构、生物合成过程、调控途径及特殊的生物学功能做一简要概述。
1核糖体合成的肽类抗生素1.1常见的硫醚抗生素硫醚抗生素(lantibiotics)是一种含有硫醚键独特结构的抗生素,根据结构的不同,将硫醚抗生素分为A 、B 两个类型[5]。
A 型硫醚抗生素(21个~38个氨基酸残基)具有线性化的二级结构,它可以通过电压使细胞膜形成小孔,从而进入细胞杀死革兰阳性细菌。
与A 型硫醚抗生素相比,B 型硫醚抗生素具有不同的环状二级结构。
值得注意的是,乳球菌产生的乳酸链球菌素(nisin)[6]也属于硫醚抗生素,并且是细胞壁肽聚糖前体脂质,它既是一种重要的受体分子又是细胞膜间隙的固有成分。
产硫醚抗生素的枯草芽孢杆菌具有自身保护机制来回避自身产物的作用,这种菌体自身保护机制依靠ATP 结合(AT P binding cassette,ABC)蛋白与转运蛋白类似的蛋白质,将硫醚抗生素转运到细胞外[7]。
此外,一些产硫醚抗生素的细菌拥有细胞膜内的脂蛋白,这种脂蛋白具有隔绝的功能,阻止高浓度的硫醚抗生素接近细胞膜或者通过硫醚抗生素脂质干扰细胞膜空隙的形成。
枯草菌素是含有32个氨基酸的五环状硫醚抗生素,它的结构与广泛应用的乳链菌素(nisin )类似[8]。
枯草菌素基因簇可以编码枯草菌素前肽SpaS 、负责翻译后形成硫醚氨酸的SpaBC,以及某些变异株含有的负责输出的转运蛋白SpaT 。
另外,胞外的枯草芽孢杆菌丝氨酸蛋白酶Wpra 和Vpr 也参与了枯草菌素的合成。
枯草菌素自身免疫受脂质蛋白和ABC 转运蛋白SpaFEG 的调节,它的生物合成是通过正反馈机制来控制的,在这种正反馈系统中,胞外的枯草杆菌素能够激活调控系统中的两种成分感应组氨酸激酶(Spak)和调控蛋白(SpaR),后者与能够启动枯草菌素合成基因(spaS 和spaBT C)和免疫基因(spalFEG)的启动子(spa box)核酸序列结合[9]。
SpaRK 的表达受控于芽孢形成转录因子*收稿日期3基金项目国家高技术研究发展计划(63计划)(6Z3);科技部科技人员服务企业行动项目(G 3)作者简介王强(),男,安徽马鞍山人,硕士研究生,主要从事动物生物医药与功能评价。
*通讯作者:2010022:8200AA10202009JC 0041:1984-SigH,而SigH本身受到对数生长期的过渡态调控因子AbrB的抑制作用,因此,枯草杆菌素似乎受双重调控。
Ericin是枯草芽孢杆菌菌株A1/3产生的一种抗生素,其基因簇开放阅读框与枯草菌素对应的基因很相似,其包括两个结构基因(Ericin A和Ericin S)。
Ericin S和枯草菌素只有四个氨基酸残基的区别[10],但Ericin A有一个环状结构,与Ericin S相比,有16个氨基酸的不同。
Ericin S与Er icin A只需要一种单独的合成酶(EriBC),这反映了硫醚抗生素合成路径的多样性。
Mersacidin属于B型硫醚抗生素,它具有环状结构,能够与脂质配对从而抑制细胞壁的形成。
Mersacidin基因簇包括结构基因mr sA,以及参与翻译后修饰的基因mrsM、mrsD、转运基因mrsT、免疫基因mrsFEG和调控基因mrsR1、mrsR2、mrsK2。
mrsR1负责调控Mersacidin的生物合成,mrsR2和mrsK2专门调控Mersacidin免疫转运蛋白编码基因mrsFGE[11]。
Mersacidin的分泌开始于稳定生长期,但是它的调控系统和枯草芽孢杆菌的细胞调控网络之间的关系至今还不清楚。
1.2特殊的硫醚抗生素Sublancin168含有一个甲基硫醚键和两个二硫键,对革兰阳性菌有优先选择作用,它的结构基因sunA来源于枯草芽孢杆菌温和噬菌体SP,因此感染SP噬菌体的细菌所产生的细菌素成分与Sublancin的成分相同[12]。
另外,Sublancin基因簇中还含有一个ABC转运子(SunT)和两个二硫化物氧化还原酶基因(BdbAB)。
BbdB能编码合成Sub lancin,其他基因的作用可能是形成二硫键。
在Sublancin的产生过程中,BdbB的同种异型基因BdbC产生的蛋白,一部分功能与BdbB蛋白相同,但是,BdbB不能弥补BdbC的功能,这表明两种紧密联系的二硫化物氧化还原酶基因有不同之处。
Subtilosin A含有一个大环结构,其中还含有三个内部残基形成的链接结构,并且它的硫醚键是由半胱氨酸硫原子和氨基酸碳连接形成的。
Subti losin A对多种革兰阳性菌都有抗菌作用,其中包括李斯特杆菌。
编码AkbA(YwiA)蛋白的sbo alb(抗李斯特杆菌的抗生素)基因簇,很有可能参与了S前肽的翻译后修饰,F(Y N)可能参与了和免疫蛋白B D(Y Q O)[3]的加工过程,而且只有在B调控条件之下才会表达基因。
2非核糖体合成的肽类抗生素非核糖体合成的多肽抗生素广泛分布于细菌和真菌中,其合成系统由NRPSs体系和催化区域组成,其中NRPSs体系含有多种酶,催化区域则能催化多肽合成过程中的所有步骤,包括氨基酸的选择与缩合。
非核糖体肽类合成过程中每一个延伸循环都需要三个核心区域:!腺苷酰作用区域(550aa),本区域选择它的同源氨基酸并产生对酶稳定的氨酰基腺苷酸,这一作用机制与核糖体多肽合成过程中tRNA合成酶的氨酰化类似;硫醇化区域(肽载体区域)(80aa),它含有4#磷酸泛酰巯基乙胺(PPan)辅基,PPan辅助因子具有硫模板和摆动臂的作用使中间产物在催化中心之间转运;缩合区域(用于形成新肽键),本区域位于腺苷酰作用区域和肽转运区域之间。
这种多样性的核心区域(1~3)和流水线似的装配特点确保了多肽产物的协调延伸。
大部分情况下,非核糖体合成的终止是通过多肽产物自身形成的巨大的环状结构而实现的[14],这种具有代表性的反应是通过N RPS装配线中C端硫脂酶区域催化实现的。
两种组合系统为了使单体分子和增长的链形成共价键,都使用了多样性的Ppan载体,因此NRPSs与聚酮化合物合成酶紧密相关。
枯草芽孢杆菌脂肽表面活性素是已知的最有效的生物表面活性素20mol/L的溶液就能使水表面的张力从72mN/m降到27mN/m,它的作用原理类似去垢剂。
表面活性素的生物合成主要通过Srf A C这三种NRPSs酶;硫脂酶/酰基转移酶Sr fD激活了这个过程。
表面活性素耐药性是由革兰阳性菌多种药物泵出系统大家族RND(r esist ance nodulation and cell division)家族的成员之一YerP产生的。
srfA和comS的表达是通过复杂的网络调控的,这种网络能够控制细胞的分化,包括细胞外ComX产生的菌群反应,以及这两种成分调控的ComPA系统[15]。
因此,枯草芽孢杆菌利用菌群反应途径,可以实现DNA的摄取和表面活性素的生成,而获取外源DNA能够提高细菌家族基因多样性。
伊枯草菌素家族成员都含有环状结构,并且由7个氨基酸和1个氨基脂肪酸(AA,amino fat ty acids)组成,其成员包括抗霉菌枯草杆菌素(my cosubtilin)、伊枯草杆菌素(itur ines)和杆菌霉素(y),这些成员都有很强的抗真菌和溶血性作用,但只局限于抑菌活性方面,它们的合成都是通过与NR S机制相似的抗霉菌枯草杆菌素(y)合成酶、伊枯草杆菌()素合成98动物医学进展2010年第31卷第9期(总第207期)ubtilosin Alb whsubtilosin Alb wh P1Abrsbo alb bacillom cinsP sm cosubtilin iturin酶和杆菌霉素(bacillomycin)合成酶实现的[16]。
丰原素(与plipastatin同名)含有一些特殊的结构:如环状结构、分支结构等。
丰原素对丝状真菌有特殊的杀灭作用,它的合成是通过NRPSs系统中ppsA E编码的FenC(287ku),FenD(290ku), FenE(286ku),FenA(406ku)和FenB(146ku)5种合成酶实现的。
这5种合成酶相互连接构成一个紧密的链状结构,全长14.5nm,并且在这个链中,5种酶的排列顺序为FenC FenD FenE FenA FenB,通过这些酶的协调合作完成丰原素的合成[17]。
Bacilysin(二肽芽胞菌溶素)的合成依赖于ywf BCDEFGH基因簇[18]。
ywfE,ywfF分别具有氨基酸连接功能和芽孢菌溶素免疫功能。
芽孢菌溶素的产生受不同水平的调控,GT P通过转录调控子CodY和AbrB实现对它的负调控。
正调控是通过鸟嘌呤核苷5#二磷酸3#二磷酸(ppGpp)以及由外激素Phr C引起的菌群反应机制而控制的。
Rhizocticins属于磷酸低聚肽的一种,结构式为C端非核糖体合成的氨基酸(Z)l2氨基5膦酰3戊烯酸(APPA),分为A,B两种,Rhizocticins A是由枯草芽孢杆菌A TCC6633产生的,Rhizocticins B 则是来源于枯草芽孢杆菌168,研究发现Rhizoc ticins合成过程中有一个步骤为醇醛缩合反应,它是由磷酸乙醛和草酰乙酸盐醛缩酶同系物RhiG的催化下完成的[19]。