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    乳酸菌在各種脅迫下的應(yīng)激反應(yīng)研究進(jìn)展

    2015-02-01 22:18:20王學(xué)良王海娟井雪萍劉采云
    食品工業(yè)科技 2015年6期
    關(guān)鍵詞:發(fā)酵劑溶質(zhì)細(xì)胞膜

    王學(xué)良,韓 雪,*,王海娟,井雪萍,劉采云,周 艷

    (1.哈爾濱工業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院,黑龍江哈爾濱150090;2.杜邦營養(yǎng)食品配料有限公司,北京101407)

    乳酸菌在各種脅迫下的應(yīng)激反應(yīng)研究進(jìn)展

    王學(xué)良1,韓雪1,*,王海娟1,井雪萍1,劉采云1,周艷2

    (1.哈爾濱工業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院,黑龍江哈爾濱150090;2.杜邦營養(yǎng)食品配料有限公司,北京101407)

    乳酸菌在各種不同的環(huán)境下生長存活或者發(fā)揮作用,往往受到各種脅迫因素的影響和制約。各種脅迫包括鹽、冷凍、熱、干燥、酸脅迫等,它們在乳酸菌的生長、存儲(chǔ)、保藏等過程中不可避免的會(huì)造成乳酸菌的損傷甚至死亡。本文綜述了各種脅迫對乳酸菌的損傷機(jī)理并提出相應(yīng)的保護(hù)措施來減少乳酸菌生理損傷,這也為乳酸菌直投發(fā)酵劑的制備提供了一定的理論依據(jù)。

    脅迫,乳酸菌,損傷,應(yīng)激反應(yīng),相容性溶質(zhì)

    乳酸菌發(fā)酵食品是我國食品的重要組成部分,在這類食品的生產(chǎn)中乳酸菌起著主要作用[1]。選育優(yōu)良乳酸菌菌種與研制特色發(fā)酵劑是乳酸菌發(fā)酵食品產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的關(guān)鍵環(huán)節(jié)[2],通過選育優(yōu)良菌種制備高活性、高穩(wěn)定性的直投發(fā)酵劑可以使工業(yè)發(fā)酵以最小的代價(jià)獲得最大的產(chǎn)值和利潤。目前根據(jù)直投發(fā)酵劑的形態(tài)及生產(chǎn)方法可將其分為液體發(fā)酵劑、冷凍發(fā)酵劑和干燥發(fā)酵劑3大類[3]。在這幾類發(fā)酵劑的生產(chǎn)和應(yīng)用過程中乳酸菌往往要經(jīng)受各種生長環(huán)境的突然變化引起的各種脅迫作用(如酸脅迫、鹽脅迫、冷脅迫[4]、熱脅迫[5]等)的影響,這直接影響發(fā)酵過程和代謝產(chǎn)物的產(chǎn)生。因此深入了解和研究不同環(huán)境脅迫下乳酸菌的應(yīng)激反應(yīng)及其分子調(diào)控機(jī)制,對降低乳酸菌因各種脅迫帶來的損傷并提高相關(guān)產(chǎn)品中乳酸菌存活率具有重要意義。研究各種脅迫對乳酸菌的損傷機(jī)理,進(jìn)而根據(jù)損傷機(jī)理提出相應(yīng)的乳酸菌保護(hù)措施具有重大的實(shí)際意義[6]。

    目前的研究發(fā)現(xiàn)乳酸菌在各種脅迫環(huán)境下具有自我調(diào)控能力,并通過各種生理反應(yīng)來適應(yīng)不利環(huán)境。主要的表現(xiàn)形式有以下三種:合成應(yīng)激蛋白、參與代謝的各種蛋白以及脅迫誘導(dǎo)的特定應(yīng)激蛋白[7],這些蛋白往往與RNA結(jié)合,并作為RNA的伴侶蛋白起作用,從而對菌體在脅迫環(huán)境下的生長起到保護(hù)作用;細(xì)胞膜脂肪酸成分改變,進(jìn)而細(xì)胞膜的通透性發(fā)生改變。許多研究表明[8]在各種不利環(huán)境下乳酸菌細(xì)胞膜脂肪酸含量與組成都會(huì)發(fā)生調(diào)整,從而使細(xì)胞膜能夠在較差環(huán)境下保持流動(dòng)性,以提高細(xì)胞膜的抗逆性;轉(zhuǎn)運(yùn)或合成抗?jié)B透脅迫的相容性溶質(zhì)。當(dāng)乳酸菌在高滲環(huán)境中生長時(shí),由于滲透壓作用細(xì)胞會(huì)失水,使胞內(nèi)代謝物濃度升高,胞內(nèi)水分活度下降。此時(shí)在一定滲透壓條件下,細(xì)胞會(huì)積累或轉(zhuǎn)運(yùn)抗?jié)B透脅迫的一類小分子溶質(zhì)(如海藻糖、甜菜堿、氨基酸等)從而使菌體具有一定的抗?jié)B透壓能力。

    本文綜述了乳酸菌在培養(yǎng)過程中常見的幾種脅迫及其在脅迫條件下的應(yīng)激反應(yīng),并根據(jù)應(yīng)激反應(yīng)機(jī)理提出合理化的保護(hù)措施,以期為乳酸菌的高密度培養(yǎng)提供理論依據(jù)。

    1 乳酸菌在冷脅迫下的損傷及其相應(yīng)反應(yīng)機(jī)制

    目前制備高效發(fā)酵劑常采用真空冷凍干燥[4]的方法,但是在低溫條件(-4℃)[9]下菌體會(huì)大量死亡。因此冷脅迫對用真空冷凍干燥法制備直投發(fā)酵劑中乳酸菌的影響是一個(gè)研究的熱點(diǎn)。乳酸菌在低于最佳生長溫度條件下生長會(huì)造成許多生理和形態(tài)變化。如細(xì)胞膜對低溫的反應(yīng),低溫對相關(guān)酶活性的影響,溫度引起脂肪酸組合行為的變化,低溫脅迫對基因表達(dá)的影響,冷休克反應(yīng)以及乳酸菌受低溫影響等一些其他變化。

    李寶坤等[10]研究發(fā)現(xiàn)低溫會(huì)造成菌體內(nèi)酶活性降低和酶發(fā)揮作用的延遲,進(jìn)而可能會(huì)造成代謝產(chǎn)物的改變;乳酸菌在較低溫度下生長也可降低某些代謝調(diào)節(jié)過程的靈敏度,從而導(dǎo)致代謝失衡和生長停止;冷凍對己糖激酶、丙酮酸激酶影響不大而對乳酸脫氫酶具有顯著性的影響。李春等指出冷凍過程中乳酸脫氫酶的失活是乳酸菌損傷的一個(gè)主要因素[11]。

    冷凍損傷的另一個(gè)重要因素是冷凍會(huì)導(dǎo)致乳酸菌細(xì)胞膜流動(dòng)性降低、細(xì)胞膜通透性發(fā)生改變,造成胞內(nèi)Ca2+和蛋白流失、細(xì)胞膜完整性破壞、膜蛋白(ATP酶)功能損傷,進(jìn)而影響乳酸桿菌的正常生理代謝[12]。當(dāng)溫度降低時(shí)一些常流體組分(如磷脂雙分子層中的磷脂分子和蛋白質(zhì)分子)變成膠體狀,從而導(dǎo)致乳酸菌細(xì)胞膜出現(xiàn)漏洞進(jìn)而破壞細(xì)胞內(nèi)環(huán)境,并妨礙蛋白質(zhì)發(fā)揮其物質(zhì)運(yùn)輸及信息傳遞的作用。

    但在人工低溫誘導(dǎo)過程中乳酸菌內(nèi)不飽和脂肪酸的比例會(huì)隨溫度降低而增加從而保持了細(xì)胞膜的流動(dòng)性[8],阻止了細(xì)胞內(nèi)凝膠的形成進(jìn)而細(xì)胞能繼續(xù)生長。因此低溫誘導(dǎo)下不飽和脂肪酸比例的增加,對細(xì)胞膜發(fā)揮正常功能至關(guān)重要。

    此外菌體細(xì)胞在接受外界環(huán)境不良刺激時(shí),會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的自我保護(hù)性成分,即發(fā)生應(yīng)激反應(yīng)。目前已證實(shí)了乳酸菌在外界溫度突然降低時(shí),會(huì)誘導(dǎo)產(chǎn)生大量的冷誘導(dǎo)蛋白(Cold Induced Proteins,CIP)[13],被稱為“冷休克反應(yīng)”。這個(gè)反應(yīng)過程涉及到冷休克蛋白的誘導(dǎo)以及熱休克蛋白的抑制。產(chǎn)生的冷誘導(dǎo)蛋白能調(diào)節(jié)細(xì)胞膜的流動(dòng)性以及DNA的超螺旋、轉(zhuǎn)錄和翻譯。冷誘導(dǎo)蛋白生理生化功能十分廣泛,包括降低冰點(diǎn)、類脂轉(zhuǎn)移、激酶調(diào)節(jié)、阻止失水等,進(jìn)而能降低冷脅迫對乳酸菌的損傷。然而不同乳酸菌產(chǎn)生的冷誘導(dǎo)蛋白種類不同,如在植物乳桿菌C3.8和NC8分別為2種和3種[14],乳酸乳球菌乳脂亞種MG1363菌株有7種[15],嗜熱鏈球菌CNRZ302菌株中發(fā)現(xiàn)6種[16]。它們的共同特點(diǎn)是:CIP無論是在核酸結(jié)構(gòu)上還是在氨基酸結(jié)構(gòu)上都是高度保守具有較高的同源性,其細(xì)胞定位和生理功能可能具有組織特異性。被抑制的熱休克蛋白主要有DnaK、DnaJ、HrcA、GroES、GroEL、Hsp84、Hsp85、Hsp100、C1p、H trA和FtsH[17]等。

    通過之前學(xué)者對冷脅迫下乳酸菌生理反應(yīng)的一些研究,目前通常采取低溫誘導(dǎo)(10℃/4h)[18]目的乳酸菌產(chǎn)生諸如氧化還原蛋白(Ahp、OsmC、Trx)、脂肪酸合成蛋白(FabF、FabG、FabH)和能量代謝相關(guān)蛋白(GAPDH、Fba、PGK)[19]等冷激蛋白和蛋白酶的方法來提高乳酸菌的抗冷脅迫能力,進(jìn)而提高乳酸菌在冷脅迫下的存活率。

    2 乳酸菌在熱脅迫下的損傷及其相應(yīng)反應(yīng)機(jī)制

    由于真空冷凍干燥[4]制備乳酸菌直投發(fā)酵劑價(jià)格昂貴、操作復(fù)雜,而低溫噴霧干燥[20]具有低成本,產(chǎn)品保存時(shí)間長、運(yùn)輸方便等優(yōu)點(diǎn),因此低溫噴霧干燥常用于乳酸菌發(fā)酵劑的制備。然而不管是添加保護(hù)劑或采用真空條件降低噴霧干燥溫度(60~100℃),熱脅迫總會(huì)對菌體存活造成極其不利的影響。乳酸菌的適宜溫度集中在30~37℃[21],熱脅迫引起的細(xì)胞死亡通常被認(rèn)為是高溫下蛋白質(zhì)變性以及它們的聚集引起的。

    乳酸菌在高溫條件下通常會(huì)發(fā)生熱應(yīng)激。熱應(yīng)激是生物在高于正常生理溫度環(huán)境下抵御高溫環(huán)境的應(yīng)激反應(yīng)[22]。乳酸菌受到熱脅迫后會(huì)通過調(diào)控自身的防御系統(tǒng)來調(diào)節(jié)相關(guān)基因的表達(dá)和代謝途徑,產(chǎn)生一系列熱激蛋白以降低或消除熱脅迫的傷害。在熱應(yīng)激過程中,乳酸菌主要通過誘導(dǎo)熱激蛋白的短暫表達(dá)以及改變細(xì)胞生理結(jié)構(gòu),來增強(qiáng)細(xì)胞自身對環(huán)境的適應(yīng)能力。目前,乳酸菌中檢測到的熱激蛋白和蛋白酶主要有DnaK、DnaJ、H rcA、GroES、GroEL、Hsp84、Hsp85、Hsp100、C1p、H trA和FtsH[17]。陳旭嬌等[23]及Jaya Prasad等[21]通過對鼠李糖乳桿菌grx19熱應(yīng)激作用的研究得到如下幾點(diǎn)結(jié)論:應(yīng)用N-端序列和雙向凝膠電泳技術(shù),分析不同生長階段和熱脅迫條件下乳桿菌合成蛋白質(zhì)的變化。研究發(fā)現(xiàn)經(jīng)過熱脅迫處理(52℃熱激60m in)后有11種蛋白質(zhì)的數(shù)量增加,包括經(jīng)典的熱休克蛋白GroEL和DnaK及各種糖分解酶(塔格糖途徑的塔格糖1,6-二磷酸醛縮酶、烯醇酶、磷酸甘油酸激酶、乳酸脫氫酶、磷酸丙糖異構(gòu)酶和甘油醛-3-磷酸脫氫酶)。還發(fā)現(xiàn)熱脅迫處理后,一種與ABC運(yùn)輸系統(tǒng)相關(guān)的蛋白的合成數(shù)量也有所增加。熱脅迫乳酸菌的細(xì)胞提取物中細(xì)胞質(zhì)的碳水化合物含量提高而且成分也明顯不同,除了正常的單糖、二糖、三糖還生成了甘油類糖。利用掃描電鏡觀測經(jīng)熱脅迫處理的鼠李糖乳桿菌grx19,并與未經(jīng)處理菌株的細(xì)胞形態(tài)結(jié)構(gòu)進(jìn)行比較,發(fā)現(xiàn)未經(jīng)熱脅迫處理的鼠李糖乳桿菌grx19呈現(xiàn)正常的乳桿菌特征:菌體表面光滑平整,兩端鈍圓且具有完整的膜結(jié)構(gòu);而經(jīng)過熱脅迫處理的菌體特征如下:菌體形態(tài)彎曲,菌體膜表面出現(xiàn)皺褶萎縮,且在菌體底端不完整出現(xiàn)溶解現(xiàn)象。因此在熱激處理后菌株表面結(jié)構(gòu)在完整性方面及形態(tài)學(xué)方面都會(huì)發(fā)生明顯變化。此外熱脅迫條件下大分子物質(zhì)如核糖體、RNA結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性以及細(xì)胞膜的流動(dòng)性都會(huì)發(fā)生變化。

    目前針對菌體受熱損傷機(jī)制,通常可以采取熱誘導(dǎo)(72℃/15s)目的乳酸菌產(chǎn)生諸如DnaK、DnaJ、H rcA、GroES、GroEL、Hsp84、Hsp85、Hsp100、C1p、H trA和FtsH等熱激蛋白和蛋白酶的方法來提高乳酸菌的抗熱脅迫能力,進(jìn)而提高乳酸菌在熱脅迫下的存活率。

    3 乳酸菌在酸脅迫下的損傷及其相應(yīng)反應(yīng)機(jī)制

    生產(chǎn)乳酸菌直投發(fā)酵劑的過程中,乳酸菌高密度培養(yǎng)會(huì)產(chǎn)生大量的乳酸使得發(fā)酵環(huán)境中乳酸大量累積,極大地抑制了乳酸菌自身的活力;此外乳酸菌經(jīng)消化道進(jìn)入人體腸道內(nèi)需經(jīng)過pH低于3.0的胃酸環(huán)境,乳酸菌要想發(fā)揮其功能性并在人體腸道內(nèi)定植(發(fā)酵劑到達(dá)人體腸道時(shí)活菌數(shù)必須>106cfu/m L才能發(fā)揮其功能性作用),必須要耐受胃酸這種低酸環(huán)境。因此酸脅迫成為了乳酸菌脅迫研究的一個(gè)基本點(diǎn)。目前關(guān)于酸脅迫對乳酸菌的生理影響機(jī)制尚未完全清楚,但是一個(gè)較為人們接受的理論是由于乳酸能夠通過細(xì)胞膜被動(dòng)擴(kuò)散進(jìn)入細(xì)胞質(zhì),然后迅速解離成不能通過細(xì)胞膜的質(zhì)子和相應(yīng)極性基團(tuán)。胞內(nèi)質(zhì)子的積累使得胞內(nèi)pH下降,這減少了物質(zhì)跨膜的質(zhì)子推動(dòng)力,影響了細(xì)胞多種跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制的能量來源。與此同時(shí)內(nèi)部的酸化條件也大大降低了對酸敏感酶的活力,并能對蛋白質(zhì)和DNA造成永久性損害,進(jìn)而對乳酸菌生理造成有害影響。陳乃用等[7]對乳酸乳球菌亞種IL1403在酸脅迫下生長的研究發(fā)現(xiàn),在該過程中乳酸菌有26個(gè)基因被阻抑,24個(gè)基因被誘導(dǎo),β-葡糖苷磷酸轉(zhuǎn)移酶系統(tǒng)基因的表達(dá)被阻抑100倍以上,而且酸脅迫阻抑的主要是蛋白質(zhì)分解系統(tǒng)。

    De Angelis M等[24]以Lactobacillus sanfranciscensis CB1乳酸菌作為對象,研究酸脅迫對乳酸菌的影響,結(jié)果表明Lb.sanfranciscensis CB1在初次接觸亞致死性酸脅迫環(huán)境后,能夠耐受較低pH,且在酸誘導(dǎo)條件下產(chǎn)生了兩種基本的酸耐受突變體(CB1-5R和CB1-7R)。通過雙向電泳分析發(fā)現(xiàn),酸脅迫適應(yīng)蛋白表達(dá)水平以及酸耐受突變體與未突變體相比都發(fā)生了很大的變化。而且這兩種基本酸耐受突變體之間是相互獨(dú)立的,它們的肽活性也不同,但是它們的蛋白表達(dá)水平非常的相似。

    因此針對酸脅迫,通常在不同條件下酸誘導(dǎo)乳酸菌,使其產(chǎn)生諸如DnaK、GroEL、G roES、GrpE、hrA、SGP蛋白[7,25]等酸脅迫應(yīng)激蛋白和耐酸相關(guān)基因ffh高效表達(dá),以提高乳酸菌的抗酸脅迫能力,進(jìn)而提高乳酸菌在酸脅迫下的存活率。

    4 乳酸菌在鹽脅迫下的損傷及其相應(yīng)反應(yīng)機(jī)制

    在乳酸菌的高密度培養(yǎng)過程中,由于乳酸菌不斷代謝產(chǎn)生乳酸從而對菌體生長產(chǎn)生了反饋抑制,因此在乳酸菌高密度培養(yǎng)過程中往往采用流加堿液的方式使乳酸菌生長維持在最佳生長pH,以消除酸對菌體生長的反饋抑制。然而堿液的加入在中和乳酸的同時(shí)產(chǎn)生大量的鹽,對乳酸菌又產(chǎn)生了鹽脅迫。李春等[11]報(bào)導(dǎo)Lactobacillus bulgaricus ATCC 11842在MRS培養(yǎng)基中的最大鹽脅迫耐受濃度為1.0mol/L,而高密度培養(yǎng)過程中生成的鹽的濃度通常會(huì)超過這個(gè)水平。在這種高鹽條件下會(huì)增加溶液的滲透壓,使細(xì)胞內(nèi)水分外流,細(xì)胞胞質(zhì)分離,從而造成細(xì)胞在結(jié)構(gòu)和生理上的損傷[26-27],導(dǎo)致細(xì)胞停止生長甚至死亡。研究發(fā)現(xiàn)在人體膽汁中的膽鹽也會(huì)對進(jìn)入人體的有益乳酸菌產(chǎn)生鹽脅迫,從而降低乳酸菌的活性甚至使其死亡[28]。因此乳酸菌對生長培養(yǎng)基中滲透壓變化的適應(yīng)能力是細(xì)胞存活生長的重要基礎(chǔ)。

    鹽脅迫環(huán)境下乳酸菌主要通過以下兩種方式來適應(yīng)高滲環(huán)境。

    4.1應(yīng)激蛋白的產(chǎn)生

    研究顯示鹽脅迫(如乳酸乳球菌乳酸亞種4%鹽質(zhì)量分?jǐn)?shù)下孵育30m in)下乳酸菌會(huì)調(diào)節(jié)其應(yīng)激蛋白的表達(dá)[29]。Xie等[30]利用微陣列技術(shù)對鹽脅迫下乳酸乳球菌基因表達(dá)的整體反應(yīng)進(jìn)行了研究,結(jié)果發(fā)現(xiàn)在4%氯化鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)下培養(yǎng)30min誘導(dǎo)了編碼賴氨酸及谷氨酸合成基因的表達(dá);而調(diào)控檸檬酸、脂肪酸和蘋果酸發(fā)酵系統(tǒng)的基因,調(diào)控β-葡萄糖苷特定PTS系統(tǒng)的基因及調(diào)控精氨酸脫氨途徑的基因在表達(dá)上都受到了一定程度的抑制。在鹽脅迫條件下,通過二維電泳研究發(fā)現(xiàn)乳酸菌中一些基因的表達(dá)量發(fā)生改變,這些基因主要是與編碼應(yīng)激蛋白相關(guān)的基因[如編碼熱激蛋白(HSPs)、普遍應(yīng)激反應(yīng)蛋白(GSPs)和鹽脅迫蛋白(SSPs)的基因]。其中熱激蛋白通常在環(huán)境溫度迅速提高時(shí)產(chǎn)生[31],然而有研究發(fā)現(xiàn)熱激蛋白在鹽脅迫、酸脅迫及冷脅迫下也被誘導(dǎo)表達(dá)[30-32],由此說明不同類型的脅迫下乳酸菌的應(yīng)激機(jī)制存在一定程度的重疊效應(yīng)。乳酸菌在不同的脅迫條件下,一定程度上采取相似的保護(hù)機(jī)制。

    4.2鹽脅迫下細(xì)胞膜中脂質(zhì)的變化

    鹽脅迫條件下乳酸菌的細(xì)胞膜和細(xì)胞壁組成和結(jié)構(gòu)也會(huì)發(fā)生變化。細(xì)胞膜中膜脂組成的改變,特別是脂質(zhì)頭部修飾基團(tuán)的改變會(huì)影響相容性溶質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)體的活性。當(dāng)生長環(huán)境中滲透壓升高時(shí),細(xì)胞膜中磷脂的量也會(huì)發(fā)生變化,這種變化也是乳酸菌適應(yīng)鹽脅迫環(huán)境的一個(gè)關(guān)鍵要素[33]。有研究發(fā)現(xiàn)磷脂對滲透調(diào)節(jié)蛋白ProP和MscL的活性造成影響,這種影響可能是由于磷脂數(shù)量的變化導(dǎo)致了蛋白與蛋白之間相互作用的變化,從而影響了這些膜蛋白的功能[33]。此外乳酸菌還可以通過改變細(xì)胞壁的特性應(yīng)對外界滲透壓的變化。有研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)乳酸乳球菌在4%的氯化鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)下孵育30m in后,誘導(dǎo)了與肽聚糖合成相關(guān)的基因murF和murG的表達(dá),從而影響了乳酸菌細(xì)胞壁的結(jié)構(gòu)[30]。

    已有的對鹽脅迫下乳酸菌的生理反應(yīng)的一些研究表明,通??梢圆扇←}脅迫誘導(dǎo)(0.6mol/L NaC1,30min)[7]目的乳酸菌產(chǎn)生諸如碳代謝相關(guān)的蛋白G3PDH、氧化損傷修復(fù)蛋白MsrA和PFK(磷酸果糖激酶)、油醛-3-磷酸脫氫酶(GAPDH)、HPr(涉及糖的攝取和分解代謝物阻遏)[9]等鹽脅迫應(yīng)激蛋白和蛋白酶的方法來提高乳酸菌的抗鹽脅迫能力,進(jìn)而提高乳酸菌在鹽脅迫下的存活率。

    5 滲透脅迫下相容性溶質(zhì)的合成與轉(zhuǎn)運(yùn)

    “相容性溶質(zhì)”一詞是1972年澳大利亞人Brown和Simpson提出的。它主要指一類極性的、易溶的、生理值條件下不帶電荷并且可以在細(xì)胞內(nèi)高濃度積累(1mol/kg),而不影響細(xì)胞的主要功能和蛋白質(zhì)分子的正確折疊的小分子有機(jī)物質(zhì)[34-36]。

    高滲環(huán)境中細(xì)菌通過直接從環(huán)境吸收和自身合成這兩種方式積累相容性溶質(zhì)。一般細(xì)菌可同時(shí)采用兩種方式積累相容性溶質(zhì)(如腸道菌及Bacilius subtilis)[37],然而乳酸菌由于自身合成相容性溶質(zhì)能力非常有限(很少或幾乎不合成相容性溶質(zhì)),需從外界環(huán)境轉(zhuǎn)運(yùn)相容性溶質(zhì)進(jìn)行滲透調(diào)節(jié)[8,38]。

    目前發(fā)現(xiàn)許多乳酸菌(如干酪乳桿菌[39]、植物乳桿菌[40-41]、乳酸乳球菌[42]等)在滲透脅迫環(huán)境下都可以從外界吸收相容性物質(zhì)。在脅迫環(huán)境下,分解代謝相容性溶質(zhì)的酶活性會(huì)被抑制,從而相容性溶質(zhì)能在細(xì)胞內(nèi)高濃度積累,起到滲透保護(hù)乳酸菌的作用。不同的乳酸菌轉(zhuǎn)運(yùn)相容性溶質(zhì)的種類存在差別。Molenaar等[42]研究表明乳酸乳球菌主要通過細(xì)胞膜上的OpuA系統(tǒng)轉(zhuǎn)運(yùn)甜菜堿、肉毒堿、脯氨酸。Glaasker等[40-41]研究表明在L.plantarum ATCC14917中存在著轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)QacT,主要轉(zhuǎn)運(yùn)甜菜堿、肉毒堿、膽堿以及脯氨酸等。因此研究脅迫條件下乳酸菌產(chǎn)生的相容性溶質(zhì)的機(jī)制,將會(huì)對提高菌體抗脅迫能力起著重要作用。

    6 展望

    乳酸菌處于一種或多種脅迫環(huán)境時(shí),會(huì)誘導(dǎo)乳酸菌產(chǎn)生相應(yīng)的應(yīng)激反應(yīng)(適應(yīng)性反應(yīng))或引起由一種應(yīng)激反應(yīng)誘導(dǎo)的交互保護(hù)作用,這種誘導(dǎo)物多以蛋白質(zhì)為主。雖然目前乳酸菌蛋白質(zhì)組的研究仍然處于起始階段,但近年來各種乳酸菌的基因組序列測序工作不斷開展,同時(shí)結(jié)合DNA大矩陣法的應(yīng)用和轉(zhuǎn)錄組分析,大大豐富擴(kuò)充了蛋白質(zhì)組和遺傳學(xué)知識(shí),使得針對乳酸菌在不同脅迫條件下應(yīng)激反應(yīng)的蛋白質(zhì)組學(xué)研究成為了熱點(diǎn)。但目前對應(yīng)激反應(yīng)機(jī)制的研究還不是很充分,只有更深入地研究清楚應(yīng)激反應(yīng)和交互保護(hù)作用的機(jī)理,才能在工業(yè)生產(chǎn)中更深入地開發(fā)利用乳酸菌,這也是未來該領(lǐng)域研究的難點(diǎn)和熱點(diǎn)。

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    Studying progress of lactobacillus's responses in a variety of stress

    WANG Xue-liang1,HAN Xue1,*,WANG Hai-juan1,JING Xue-ping1,LIU Cai-yun1,ZHOU Yan2
    (1.Food Science and Engineering College of Harbin Institute of Technology,Harbin 150090,China;2.DuPont Nutrition Food Ingredients Co.,Beijing 101407,China)

    Lactobacillus g rowed and survived,or p layed a role in a variety of different environments,often sub jected to a variety of stress factors and constraints.Various stresses inc lud ing salt stress,freezing,heat,d ry,acid stress,etc.,which inevitab ly resulted in damage to the lactobacillus in the p rocess of g row th,storage,p reservation,etc.,and even to death.This paper review ing the damaging mechanism of all kinds of stress on lactobacillus was not only necessary for taking app rop riately p rotective measures to reduce the physiological damage on lactobacillus,but also p roviding theoreticalbasis for industrial p roduction such as the p roduction of d irec t-vat-starter.

    stress;lac tobacillus;damage;stress response;compatib le solutes

    TS252.1

    A

    1002-0306(2015)06-0365-05

    10.13386/j.issn1002-0306.2015.06.071

    2014-06-06

    王學(xué)良(1988-),男,碩士研究生,研究方向:乳品科學(xué)、食品發(fā)酵。

    韓雪(1978-),女,博士,副教授,研究方向:乳品科學(xué)、食品發(fā)酵。

    國家自然科學(xué)基金青年科學(xué)基金(31101317);哈爾濱市青年創(chuàng)新人才基金(2013RFQXJ147);黑龍江省博士后科研啟動(dòng)金(LBH-Q12108)。

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