乳酸菌細菌素的分類、生物合成及其應(yīng)用

張麗莎

摘要：近幾年，乳酸菌細菌素在生物抑制劑方面的應(yīng)用，受到人們大量的關(guān)注。細菌素是乳酸菌發(fā)酵過程中產(chǎn)生的代謝產(chǎn)物。本文在乳酸菌細菌素分類方面做了簡單陳述，論述了細菌素的生物合成和當(dāng)前乳酸菌細菌素的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：乳酸菌;細菌素;生物合成;應(yīng)用

引言

乳酸菌（LAB）是一類革蘭氏陽性、非孢子形成、球菌或桿狀菌、過氧化氫酶陰性和挑剔的微生物，可以增強發(fā)酵食品的味道和質(zhì)地。它們的主要產(chǎn)物是由葡萄糖和生長抑制物質(zhì)如細菌素、過氧化氫、二酰基等產(chǎn)生乳酸，從而防止食品腐敗菌和病原體的增殖[1]。

此外，一些乳酸菌會產(chǎn)生稱為細菌素的抗菌肽。迄今為止，從乳桿菌屬中分離出的幾種LAB及其細菌素已被應(yīng)用于食品保鮮和人類病原體的控制。

一、 乳酸菌細菌素的分類

根據(jù)乳酸菌細菌素的組成、大小、熱穩(wěn)定性、作用方式、輸出機制等方面，把乳酸菌細菌素，主要分為羊毛硫抗生素、小型耐熱細菌素、大的耐熱細菌素

第I類：羊毛硫抗生素

羊毛硫抗生素，分為A型羊毛硫抗生素和B型羊毛硫抗生素。 A型羊毛硫抗生素是細長的陽離子成孔肽。B 型羊毛硫抗生素緊湊，具有球狀結(jié)構(gòu)，是酶抑制劑，具有免疫活性。羊毛硫抗生素（含羊毛硫氨酸的抗生素肽）是小的（小于 5 kDa，具有 19 至 38 個氨基酸）膜活性肽，含有不常見的翻譯后修飾氨基酸，如羊毛硫氨酸 （Lan）、β-甲基羊毛硫氨酸 （MeLan） 和脫水殘渣[2]。翻譯后肽修飾通常僅涉及氨基酸絲氨酸、蘇氨酸和半胱氨酸，盡管賴氨酸、天冬氨酸和異亮氨酸殘基也可能以修飾形式存在。目前記錄的所有羊毛硫抗生素，都是由革蘭氏陽性細菌產(chǎn)生的。

第II類：小型耐熱細菌素

II 類包含小的熱穩(wěn)定性非羊毛硫氨酸肽，分為四組：IIa 類由具有 N 端共有序列的李斯特菌活性肽組成。IIb類是雙肽細菌素。IIc 類包含 sec 依賴性細菌素，而 IId 類包含不屬于 II 類中的三個組中的任何一個的小型熱穩(wěn)定非羊毛硫氨酸細菌素。該類細菌素具有極強的穩(wěn)定性，nisin是其最具有代表性的一種。

這些細菌素可以定義為小（小于 10 kDa），不含任何不尋常的氨基酸，具有膜活性，耐熱溫度高達 100oC，或可高壓滅菌。大多數(shù)這些細菌素的特征在于細菌素前體中所謂的雙甘氨酸 （G-G） 加工位點。II 類細菌素具有多種特征，例如存在高含量的小氨基酸（如甘氨酸），具有強陽離子，pI 介于 8 和 11 之間，以及具有疏水性和兩親性結(jié)構(gòu)域。

第III類：由大的耐熱細菌素組成。

這些細菌素的大小超過 30 kDa。 細菌素 helveticin J 是該組的代表。細菌素的操縱子已被克隆，并在嗜酸乳桿菌中顯示。

二、乳酸菌細菌素生物合成

細菌素的產(chǎn)生取決于微生物菌株和培養(yǎng)條件。細菌素是核糖體合成的肽，最初在生物學(xué)上是無活性的，后來經(jīng)過修飾以達到活性狀態(tài)。然后在它們被輸出到細胞外之前，它們會被細菌素基因簇編碼的蛋白質(zhì)或氨基酸修飾。

I類（羊毛硫抗生素）細菌素生物合成的主要途徑可以通過使用眾所周知的乳酸鏈球菌素所遵循的途徑來描述，盡管非羊毛硫抗生素細菌素存在細微差異，因為它們不需要摻入不尋常的氨基酸。（1）nisA基因被翻譯成前乳鏈菌肽A肽;（2）nisB和nisC基因的產(chǎn)物將前體乳酸鏈球菌素A轉(zhuǎn)化為前體乳酸鏈球菌素A。細菌素的表達受到外部誘導(dǎo)因子的調(diào)節(jié)，通常由生產(chǎn)菌株本身分泌，或者它可以是組成型的，而細菌素的生物合成取決于溫度和pH等環(huán)境條件。

II類細菌素（小型耐熱細菌素），例如來自植物乳桿菌的植物霉素， Plantaricin423是質(zhì)粒編碼的。然而，在產(chǎn)生多于一種細菌素的情況下，細菌素既可以是質(zhì)粒編碼的，也可以是染色體編碼的。編碼II類細菌素生產(chǎn)的基因組織在操縱子簇內(nèi)，通常由編碼前肽的結(jié)構(gòu)基因、專用免疫基因、用于通過膜易位的ABC轉(zhuǎn)運蛋白基因和用于輸出細菌素的輔助蛋白基因組成。有時，也存在調(diào)節(jié)基因。大多數(shù)II類細菌素被生物合成為攜帶N末端前導(dǎo)肽和獨特的雙甘氨酸蛋白水解加工位點的無活性前肽，而IIc類細菌素具有sec型N末端信號序列。除片菌素PA外，其他II類細菌素為質(zhì)粒編碼的植物菌素423。Plantaricin423編碼區(qū)具有與pediocinPA-1相似的操縱子結(jié)構(gòu)。此外，II類細菌素還產(chǎn)生激活受調(diào)控基因轉(zhuǎn)錄的誘導(dǎo)因子。這種誘導(dǎo)因子構(gòu)成了負責(zé)II類細菌素生物合成的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)的一部分。

編碼這些蛋白質(zhì)的基因與其他細菌素結(jié)構(gòu)和加工基因在遺傳上非常接近。LanI和LanEFG（多組分ABC轉(zhuǎn)運蛋白）系統(tǒng)均已針對LAB進行了描述。尤其是LanI蛋白，通過阻止細菌素分子通過將它們推回而插入膜中形成孔，從而為生產(chǎn)細胞提供免疫力，從而控制膜中細菌素的濃度[3]。

微生物生長培養(yǎng)基的性質(zhì)和組成會影響細菌素的產(chǎn)量在Goh和Phillip的一項研究中，使用MRS培養(yǎng)基從Weisellaconfusa產(chǎn)生了一種稱為Weisellicin的細菌素。細菌素在培養(yǎng)8小時后開始形成，并在18小時內(nèi)達到最佳產(chǎn)量。細菌素的抗菌活性在生長18至24小時之間持續(xù)，溫度和pH值都必須針對細菌素的生產(chǎn)進行優(yōu)化。

三、乳酸菌細菌素的應(yīng)用

1.乳酸菌細菌素在果蔬制品方面的應(yīng)用

水果和蔬菜產(chǎn)品通常含糖量高，水分含量也較高，不易保存，是大多數(shù)真菌生長的天然培養(yǎng)基。果蔬制品加工時為了保護其口感和營養(yǎng)價值，大多不能進行強力熱殺菌處理。因此利用乳酸菌產(chǎn)生的細菌素作為防腐劑來保存水果和蔬菜的新鮮也是很好用的保質(zhì)方法。

使用乳酸菌發(fā)酵處理是保存水果和蔬菜的傳統(tǒng)方法。根據(jù)研究發(fā)現(xiàn)，水果和蔬菜在發(fā)酵的過程中，乳酸菌不僅能產(chǎn)生乳酸、雙氧水和CO2等抗菌物質(zhì)，另外細菌素也有很強的抗菌作用。細菌素現(xiàn)在常被用來當(dāng)做防腐劑，它安全無毒，性質(zhì)穩(wěn)定，近些年來，已經(jīng)被大量應(yīng)用到果蔬防腐劑。

2.乳酸菌細菌素在生物制藥方面的應(yīng)用

目前，乳酸菌細菌素，應(yīng)用在藥物開發(fā)方面極具前景。由于乳酸菌細菌素，對于大多數(shù)病原體起到非常好的抑制作用，并且細菌素在現(xiàn)實中有很多方法可以產(chǎn)生，其穩(wěn)定行好，對于人體細胞沒有不良作用，也被生物制藥產(chǎn)業(yè)廣泛應(yīng)用。

結(jié)束語

近年來，隨著研究人員對乳酸菌產(chǎn)生的大量新型細菌素進行了分離、鑒定、研究，乳酸菌細菌素已廣泛應(yīng)用于抑菌添加劑、功能藥物、保健食品和化妝品等領(lǐng)域。

參考文獻

[1] 李萍，龍春昊，趙軒等.Ⅱ類細菌素的生物合成及其在食品領(lǐng)域的應(yīng)用[J].中國食品學(xué)報，2021，21（10）：269-286.

[2] 張曉寧，尚一娜，陳境，霍麒文，李明慧，楊姝玉，邢葉妮，王俊國.乳酸菌細菌素的作用機制及在肉制品中的應(yīng)用[J].食品研究與開發(fā)，2018，39（11）：192-199.

[3] 丹彤，張和平.乳酸菌細菌素的分類、生物合成及其應(yīng)用[J].中國乳品工業(yè)，2013，41（03）：29-32.