檸檬酸桿菌的降解作用探究

曾莉君，胡菁芮，左大雙，郭子俊

（云南農(nóng)業(yè)大學(xué) 植物保護(hù)學(xué)院，云南昆明 650201）

1 檸檬酸桿菌的降解作用及其他功能

1.1 檸檬酸桿菌對(duì)人、動(dòng)物的影響

檸檬酸桿菌廣泛存在于人體和動(dòng)物內(nèi)臟中，檸檬酸桿菌對(duì)人和動(dòng)物的致病性和抗性基因的風(fēng)險(xiǎn)日益引起人們廣泛的關(guān)注，特別是弗氏檸檬酸桿菌對(duì)人的致病性。而在人體內(nèi)普遍分離出來的檸檬酸桿菌大多屬于弗氏檸檬酸桿菌和克氏檸檬酸桿菌[1]。布氏檸檬酸桿菌也陸續(xù)被報(bào)道出感染人體以致生病的事件[2]。為了找到其致病性和抗性的原因，已有研究指出產(chǎn)AmpC酶弗氏檸檬酸桿菌的qnr等位基因的多樣性和普遍性，提出應(yīng)謹(jǐn)慎使用喹諾酮類藥物抗生素，特別是對(duì)能產(chǎn)超廣譜β-內(nèi)酰胺酶的細(xì)菌[3]。有研究表明，在對(duì)多藥耐藥腸桿菌(MDRE)的研究中發(fā)現(xiàn)幾乎一半的MDRE定殖患者攜帶有耐藥性的弗氏檸檬酸桿菌、布氏檸檬酸桿菌和安氏檸檬酸桿菌株系，而低毒的株系可在宿主體內(nèi)長(zhǎng)期存活，通過編碼多種抗菌素類抗性基因的積累影響病原菌的進(jìn)化?，F(xiàn)有關(guān)于檸檬酸桿菌抗藥性和致病性研究中，從方法上看，已有研究通過對(duì)弗氏檸檬酸桿菌的質(zhì)粒介導(dǎo)接合實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了其耐藥性增加。帶有bla（TEM-1）抗性基因耐藥性的弗氏檸檬酸桿菌存在較高的獨(dú)立致死風(fēng)險(xiǎn)因素。利用宏基因組學(xué)在早產(chǎn)兒腸道微生物群落多樣性很低的情況下，克氏檸檬酸桿菌存在單核苷酸變異[4]。弗氏檸檬酸桿菌作為一些人體腸道致病菌的模式菌株對(duì)小鼠進(jìn)行分子基礎(chǔ)研究，認(rèn)為腸道微生物群在調(diào)節(jié)腸道病原體在腸粘膜的定植能力和協(xié)調(diào)粘膜免疫反應(yīng)對(duì)感染具有重要性。

1.2 調(diào)節(jié)昆蟲生長(zhǎng)發(fā)育以及提高其環(huán)境適應(yīng)性

昆蟲內(nèi)共生菌與其宿主之間的關(guān)系研究日益成為研究熱點(diǎn)，對(duì)于內(nèi)共生菌與宿主昆蟲的共生機(jī)制的研究也日益增多。不同物種以及不同地區(qū)生物內(nèi)共生菌的種類和數(shù)量可能存在差別，所具備的功能也許會(huì)存在差別。但目前針對(duì)檸檬酸桿菌屬細(xì)菌在不同宿主體內(nèi)不同部位分布的具體功能以及機(jī)制的研究還比較少。昆蟲在適應(yīng)多樣的寄主植物和多變的自然環(huán)境過程中，微生物也在進(jìn)行適應(yīng)性的進(jìn)化，使昆蟲能夠產(chǎn)生不同的生態(tài)適應(yīng)性。研究表明，在昆蟲生長(zhǎng)發(fā)育中，檸檬酸桿菌屬的CF-BD作為昆蟲的腸道內(nèi)共生菌對(duì)不同品系的桔小實(shí)蠅幼蟲和蛹的生長(zhǎng)發(fā)育和抗性的形成具有影響，并對(duì)增強(qiáng)桔小實(shí)蠅對(duì)敵百蟲的抗藥性有著重要作用[5]，弗氏檸檬酸桿菌在很大程度上可以刺激螫蠅的產(chǎn)卵和促進(jìn)發(fā)育。通過實(shí)驗(yàn)對(duì)意大利蜜粉工蜂的腸道細(xì)菌進(jìn)行分離，在意大利蜜粉工蜂培養(yǎng)腸道中首次發(fā)現(xiàn)檸檬酸桿菌，并且在對(duì)蜜蜂不同時(shí)期腸道細(xì)菌群落分析中發(fā)現(xiàn)檸檬酸桿菌到越冬期增多。但是檸檬酸桿菌屬細(xì)菌，如何促進(jìn)其他昆蟲的作用機(jī)制以及具體的功能尚不清楚。此外，也不是所有的檸檬酸桿菌對(duì)宿主昆蟲均有有利的一面，也存在著不利的一面。有數(shù)據(jù)顯示，對(duì)感染試驗(yàn)組的東亞飛蝗中，均分離出了呈優(yōu)勢(shì)生長(zhǎng)的弗氏檸檬酸桿菌，證實(shí)了弗氏檸檬酸桿菌是自然病例的相應(yīng)病原菌。

1.3 檸檬酸桿菌的降解作用

微生物在降解自然界高分子化合物以及對(duì)環(huán)境有害物質(zhì)方面的作用引起了人們的極大關(guān)注，特別是在降解農(nóng)藥、環(huán)境污染物等方面。迄今為止，利用微生物進(jìn)行降解與生物修復(fù)的研究很多。其中，對(duì)土壤的修復(fù)和石油的降解研究較多。已有研究表明，目前已分離出檸檬酸桿菌具有降解石油烴的功能。白蟻是一類具有高效的木質(zhì)化纖維素消化能力的昆蟲，為木質(zhì)纖維素的體外降解提供了可能，有研究顯示從黑胸散白蟻分離出的檸檬酸桿菌以及在對(duì)土白蟻屬白蟻分離出弗氏檸檬酸桿菌都屬于具有降解纖維素性能的株系，并且在降解方面表現(xiàn)良好，這不僅對(duì)宿主營(yíng)養(yǎng)代謝發(fā)揮著重要作用，也對(duì)纖維素酶的工業(yè)開發(fā)具有指導(dǎo)作用。由此可見，在昆蟲體內(nèi)檸檬酸桿菌也發(fā)揮著獨(dú)特的降解作用。在對(duì)環(huán)境污染物降解方面，發(fā)現(xiàn)檸檬酸桿菌屬細(xì)菌具有降解壬基酚(NP)、泰樂菌素藥渣、生物除磷和吸附重金屬鉻等作用。推測(cè)檸檬酸桿菌對(duì)U(Ⅵ)的去除可能是細(xì)菌細(xì)胞壁上的多聚糖、蛋白質(zhì)和脂類的基團(tuán)與UO2+的結(jié)合形成金屬沉淀，從而達(dá)到良好的效果。

1.4 其他功能

有研究通過合成弗氏檸檬酸桿菌的植酸酶密碼子優(yōu)化的基因，再轉(zhuǎn)入到畢赤酵母中，得到了高效表達(dá)的株系。這為植酸磷的有效利用提供了很好的應(yīng)用前景，也為研究開發(fā)出優(yōu)質(zhì)廉價(jià)的植酸酶成為可能，在動(dòng)物生產(chǎn)和環(huán)境保護(hù)方面具有極大的應(yīng)用前景。也有研究發(fā)現(xiàn)檸檬酸桿菌屬的細(xì)菌具有良好的去鐵作用，具有成為微生物燃料的可能。

2 結(jié)語

目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)檸檬酸桿菌的研究主要是關(guān)于其致病性和耐藥性的研究，對(duì)于其潛在功能的研究尚在探索中。借助分子生物學(xué)、轉(zhuǎn)基因以及宏基因組學(xué)，使關(guān)于檸檬酸桿菌的研究不斷地深入，也使我們更加了解其內(nèi)在機(jī)理。隨著研究的深入，研究人員開始從鑒定技術(shù)轉(zhuǎn)向研究檸檬酸桿菌與環(huán)境以及生物體之間的相互關(guān)系以及相互影響，并在其中發(fā)現(xiàn)潛在價(jià)值。相信在今后的研究中，探索檸檬酸桿菌與其他菌株之間、環(huán)境和宿主之間的互作關(guān)系和相互影響，以及在這三者之間關(guān)系的影響程度的大小將為其他菌株提供借鑒意義，進(jìn)而使檸檬酸桿菌的負(fù)面影響降到最低，充分發(fā)揮其有利作用。