共培養(yǎng)誘導(dǎo)乳酸菌細(xì)菌素合成的研究進(jìn)展

滿麗莉,向殿軍

(1.內(nèi)蒙古民族大學(xué) 生命科學(xué)與食品學(xué)院,內(nèi)蒙古 通遼 028042;2.內(nèi)蒙古民族大學(xué) 農(nóng)學(xué)院,內(nèi)蒙古 通遼 028042)

國家衛(wèi)生計生委辦公廳關(guān)于2015年全國食物中毒事件情況通報中顯示:28個省(自治區(qū)、直轄市)食物中毒事件169起,微生物性食物中毒人數(shù)最多,占全年食物中毒總?cè)藬?shù)的53.7%,主要致病因子為沙門氏菌、副溶血性弧菌、蠟樣芽孢桿菌、金黃色葡萄球菌及其腸毒素、致瀉性大腸埃希氏菌等[1]。乳酸菌細(xì)菌素具有來源廣泛、安全性高、穩(wěn)定性好、抑菌譜廣等眾多優(yōu)點,作為一種新型的生物防腐劑、添加劑及生產(chǎn)輔助劑而備受青睞,乳酸菌及其細(xì)菌素被廣泛應(yīng)用于乳及乳制品(酸乳、干酪)、肉及肉制品(冷鮮肉、香腸、肉干、肉粉腸、熟火腿)、果蔬及其發(fā)酵產(chǎn)品(泡菜、腌制白蘿卜、酸菜)、調(diào)味品(發(fā)酵香菇調(diào)味制品、酸奶味香精基料)、蛋制品、水產(chǎn)品中,有利于改善食品質(zhì)量,延長貨架期,具有廣闊的應(yīng)用前景[2-11]。乳酸菌細(xì)菌素的研究對提升食品安全具有重要意義,有利于抑制食品中常見致病性微生物引發(fā)的食物中毒和腐敗微生物引起的食品腐敗變質(zhì)[12-17]。

與其他微生物一樣,乳酸菌在環(huán)境中無處不在,且所處的生存環(huán)境多為復(fù)雜的多種微生物共存,其生存及各種代謝活動(包括細(xì)菌素的合成)很可能依賴于復(fù)雜的種間交流和種內(nèi)交流介導(dǎo)的集體行動,許多研究顯示,與特定革蘭氏陽性菌共培養(yǎng)可以誘導(dǎo)乳酸菌細(xì)菌素的合成,有利于解決目前乳酸菌細(xì)菌素由于合成量低而在食品中應(yīng)用受限的問題,與其他提高乳酸菌細(xì)菌合成量的方法(發(fā)酵條件及發(fā)酵培養(yǎng)基優(yōu)化、誘變育種、原生質(zhì)體融合、基因工程)相比較,共培養(yǎng)提高細(xì)菌素的合成量具有時間短、設(shè)備利用率高、易于操作、成本相對較低等優(yōu)點,但目前共培養(yǎng)誘導(dǎo)細(xì)菌素合成的潛在機(jī)制尚不完全明確,共培養(yǎng)誘導(dǎo)乳酸菌細(xì)菌素合成的工業(yè)應(yīng)用需要掌握更多的相關(guān)理論依據(jù)和技術(shù)支持[18-23]?；谀壳暗难芯拷Y(jié)果,本文論述了共培養(yǎng)中誘導(dǎo)菌與乳酸菌細(xì)菌素合成的關(guān)系、誘導(dǎo)因子/信號分子的特征、雙組分調(diào)控系統(tǒng)及共培養(yǎng)誘導(dǎo)乳酸菌細(xì)菌素合成的分子機(jī)制,以期為實現(xiàn)共培養(yǎng)誘導(dǎo)乳酸菌細(xì)菌素合成的工業(yè)應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 誘導(dǎo)菌與乳酸菌細(xì)菌素合成的關(guān)系

1.1 共培養(yǎng)對乳酸菌細(xì)菌素合成的影響

共培養(yǎng)對乳酸菌細(xì)菌素合成的影響主要體現(xiàn)在三個方面:第一,主要針對具有細(xì)菌素合成能力,但沒有抑菌活性的乳酸菌,共培養(yǎng)可誘導(dǎo)細(xì)菌素的合成,近而產(chǎn)生抑菌活性,例如:LactobacillusplantarumJ23、L.plantarumHE-1[24-25];第二,主要針對可合成細(xì)菌素并具有抑菌活性的乳酸菌,共培養(yǎng)可增加細(xì)菌素的合成量,例如:L.plantarum1.0391[26]、L.plantarumNMD-17[27]、L.paracaseiHD1.7[28];第三,共培養(yǎng)亦可抑制乳酸菌細(xì)菌素的合成,例如:兩株細(xì)菌素產(chǎn)生菌E.faecium6T1a與L.plantarumNC8C共培養(yǎng)后,細(xì)菌素的合成量均受到抑制[29],Piazentin等[30]的研究結(jié)果顯示,在與LigilactobacillussalivariusATTC 11742和LimosilactobacillusreuteriATCC 23272共培養(yǎng)時,E.faecium135的細(xì)菌素合成量受到抑制,可能是碳源競爭所導(dǎo)致的。

1.2 誘導(dǎo)菌與乳酸菌的親緣關(guān)系

誘導(dǎo)菌與細(xì)菌素合成乳酸菌可能是親緣關(guān)系較近,亦可能是親緣關(guān)系相當(dāng)遠(yuǎn)的菌株,如L.plantarumNC8既可與親緣關(guān)系較近的誘導(dǎo)菌E.faecalisEF1、E.faeciumLP6T1a-20、L.acidophilusNCDO1748、L.brevisLB9、L.bulgaricusATCC 11842、L.fermentumATCC 9338、L.sakeiNCFB 2714、Lactococcuslacticsubsp.cremorisCNRZ163、PediococcuspentosaceousFBB63共培養(yǎng)誘導(dǎo)細(xì)菌素的合成,亦可與親緣關(guān)系相對較遠(yuǎn)的誘導(dǎo)菌BacilluscereusATCC 9139共培養(yǎng)誘導(dǎo)細(xì)菌素的合成[31]。L.plantarumHE-1與親緣關(guān)系較近的誘導(dǎo)菌L.fermentum、L.plantarum、Lactococcuslactic和親緣關(guān)系較遠(yuǎn)的誘導(dǎo)菌Staphylococcusaureus和Bacillussubtilis共培養(yǎng)均可誘導(dǎo)細(xì)菌素的合成[25]。

1.3 誘導(dǎo)菌的特異性及抗性

乳酸菌細(xì)菌素合成的誘導(dǎo)菌具有特異性,大部分研究者都是將具備細(xì)菌素合成能力的乳酸菌與大量的革蘭氏陽性菌共培養(yǎng),從中篩選出提高細(xì)菌素合成量的誘導(dǎo)菌,同時誘導(dǎo)菌對細(xì)菌素的抗性亦不相同。L.acidophilusLa-5與誘導(dǎo)菌StreptococcusthermophilusSTY-31、L.delbrueckiisubsp.bulgaricusCECT4005、L.delbrueckiisubsp.bulgaricusLBY-27、L.delbrueckiisubsp.lactisCECT282共培養(yǎng)能提高細(xì)菌素的合成,前兩株誘導(dǎo)菌對Lactacin B具有抗性,而后兩株誘導(dǎo)菌對其敏感[32]。L.paracaseiHD1-7與誘導(dǎo)菌B.subtilisATCC11774共培養(yǎng)能提高細(xì)菌素的合成,誘導(dǎo)菌對Paracin 1.7敏感[33]。LeuconostoccitreumGJ7與誘導(dǎo)菌L.plantarumKFRI464、L.delbrueckiiKFRI347、LeuconostocmesenteroidesKCTC1628共培養(yǎng)能提高細(xì)菌素的合成,誘導(dǎo)菌對Kimchicin G7敏感[34]。L.plantarumJ23與誘導(dǎo)菌L.hilgardiiJ81、L.lactisMG13363、P.pentosaceusFBB63共培養(yǎng)能提高細(xì)菌素的合成,L.hilgardiiJ81對L.plantarumJ23所產(chǎn)細(xì)菌素具有敏感性,而另兩株誘導(dǎo)菌具有抗性[24]。當(dāng)L.plantarumDC400與誘導(dǎo)菌L.sanfranciscensisDPPMA174、Pediococcuspentosaceus2XA3共培養(yǎng)能提高細(xì)菌素的合成,誘導(dǎo)菌對Plantaricin A敏感[35]。

1.4 誘導(dǎo)菌對乳酸菌細(xì)菌素合成的影響

1.4.1 誘導(dǎo)菌的存在形式對乳酸菌細(xì)菌素合成的影響

大部分研究顯示一般活的或經(jīng)溫和熱處理的誘導(dǎo)菌能夠誘導(dǎo)乳酸菌細(xì)菌素合成,也有少數(shù)研究發(fā)現(xiàn)誘導(dǎo)菌的發(fā)酵上清液或死菌菌懸液亦可發(fā)揮誘導(dǎo)作用。L.acidophilusLa-5、L.plantarumJ23與誘導(dǎo)菌的活菌、經(jīng)溫和熱處理的菌體均能誘導(dǎo)細(xì)菌素的合成[32]。L.paracaseiHD1-7與誘導(dǎo)菌的活菌或發(fā)酵上清液共培養(yǎng)能提高細(xì)菌素的合成[33]。L.plantarumNC8與誘導(dǎo)菌的活菌、經(jīng)溫和熱處理的菌體、上清液、死菌菌懸液共培養(yǎng)均能提高細(xì)菌素的合成。L.plantarumKLDS1.0391和L.plantarumNMD-17只有與誘導(dǎo)菌的活菌共培養(yǎng)時才能誘導(dǎo)細(xì)菌素的合成,而誘導(dǎo)菌的上清液及死菌菌懸液無法誘導(dǎo)細(xì)菌素合成[36]。大部分研究結(jié)果顯示誘導(dǎo)菌的活菌均能誘導(dǎo)乳酸菌細(xì)菌素的合成,而發(fā)酵上清液或死菌菌懸液對乳酸菌細(xì)菌素是否有誘導(dǎo)作用表現(xiàn)不盡相同。

1.4.2 誘導(dǎo)菌對乳酸菌活菌數(shù)的影響

共培養(yǎng)后誘導(dǎo)菌會導(dǎo)致細(xì)菌素產(chǎn)生乳酸菌的數(shù)量呈現(xiàn)不同的變化,誘導(dǎo)菌L.helveticusKLDS1.9207、E.faeciumKLDS4.0352、L.reuteriKLDS1.0737、E.faecalisKLDS4.0313導(dǎo)致L.plantarumKLDS1.0391的活菌數(shù)顯著增加(P<0.01),L.plantarumNC8、L.plantarumNMD-17表現(xiàn)出一致的結(jié)果[37],而與L.plantarumDC400、L.acidophilusNCFM共培養(yǎng)的結(jié)果不同,誘導(dǎo)菌L.sanfranciscensisDPPMA174、L.rossiaeA7對L.plantarumDC400活菌數(shù)基本無影響(P>0.05),誘導(dǎo)菌L.monocytogenesEGD-e導(dǎo)致L.acidophilusNCFM的活菌數(shù)顯著降低。同時,L.plantarumKLDS1.0391和L.plantarumNMD-17在與非誘導(dǎo)菌共培養(yǎng)時,其活菌數(shù)顯著下降(P<0.01),可從一定程度上說明L.plantarumKLDS1.0391和L.plantarumNMD-17細(xì)菌素合成量的增加與誘導(dǎo)菌所導(dǎo)致的活菌數(shù)增加存在一定的聯(lián)系[36],符合群體感應(yīng)定義的密度依賴特征。

2 誘導(dǎo)因子/信號分子的特征

2.1 誘導(dǎo)因子/信號分子的分布及誘導(dǎo)活性

誘導(dǎo)因子/信號分子所處的位置會影響乳酸菌細(xì)菌素的合成。一般情況下,活的或經(jīng)溫和熱處理的誘導(dǎo)菌能誘導(dǎo)乳酸菌細(xì)菌素的合成,而大部分誘導(dǎo)菌的上清液無法發(fā)揮誘導(dǎo)作用。經(jīng)檢測發(fā)現(xiàn)誘導(dǎo)菌的無細(xì)胞上清液中缺少誘導(dǎo)活性可能有兩點原因:第一,可能是由于誘導(dǎo)因子/信號分子極少被運(yùn)輸?shù)郊?xì)胞外,但也存在例外,當(dāng)L.paracaseiHD1-7、L.plantarumNC8與誘導(dǎo)菌的活菌或上清液共培養(yǎng)后細(xì)胞外的誘導(dǎo)因子/信號分子活性增強(qiáng)[33];第二,可能與細(xì)胞外環(huán)境中AI-2的有效性有關(guān),AI-2的有效性取決于AI-2合成微生物所處的生理狀態(tài)。高濃度的葡萄糖有利于AI-2在細(xì)胞外環(huán)境中的積累[37-39],但細(xì)胞外環(huán)境中的AI-2可能又會被微生物重新攝入細(xì)胞內(nèi),并作為對數(shù)生長期后期所需的碳源[40]。Moslehi-Jenabian等[41]研究發(fā)現(xiàn),L.acidophilusNCFM發(fā)生酸休克會顯著增加胞外AI-2積累及l(fā)uxS基因上調(diào)。Barefoot等和Tabasco等的研究發(fā)現(xiàn),誘導(dǎo)因子/信號分子可能位于細(xì)胞質(zhì)內(nèi)或與誘導(dǎo)菌的細(xì)胞壁或細(xì)胞膜相結(jié)合,誘導(dǎo)因子/信號分子與誘導(dǎo)菌的細(xì)胞膜結(jié)合能顯著提高誘導(dǎo)因子的耐熱性,但當(dāng)誘導(dǎo)因子/信號分子被分泌到細(xì)胞外時,熱處理會導(dǎo)致其誘導(dǎo)活性快速喪失[42]。

2.2 誘導(dǎo)因子/信號分子的誘導(dǎo)機(jī)制

2.2.1 通過物理接觸實現(xiàn)

誘導(dǎo)因子/信號分子可能以某種方式與細(xì)胞相結(jié)合,可存在于細(xì)胞壁、細(xì)胞膜或細(xì)胞質(zhì)上,其轉(zhuǎn)移可通過與共培養(yǎng)菌的物理接觸來實現(xiàn)。原核生物中的Ⅳ和Ⅵ類型分泌系統(tǒng)需要細(xì)胞與細(xì)胞接觸來轉(zhuǎn)移大分子,此現(xiàn)象存在于部分革蘭氏陽性菌中[43-44],為通過細(xì)胞間接觸才能轉(zhuǎn)移誘導(dǎo)因子/信號分子提供合理的解釋,分泌到胞外的誘導(dǎo)因子/信號分子才可能作為某些細(xì)菌素合成相關(guān)基因的一種刺激。

2.2.2 通過誘導(dǎo)因子/信號分子的信息交流實現(xiàn)

共培養(yǎng)后誘導(dǎo)菌合成的誘導(dǎo)因子/信號分子仍具有誘導(dǎo)活性,可能是增加乳酸菌細(xì)菌素合成量的必要條件。例如,Di Cagno等[45]對L.plantarumDC400細(xì)菌素Plantaricin A合成的誘導(dǎo)研究證實了此解釋,將L.plantarumDC400與誘導(dǎo)菌的培養(yǎng)物置于兩個相連容器中,中間被滲透濾膜分隔開,避免兩者的物理接觸,但可進(jìn)行分子間的信息交流,亦可誘導(dǎo)細(xì)菌素的合成。

2.2.3 通過受損修復(fù)實現(xiàn)

有研究顯示,部分輕度熱破壞的誘導(dǎo)菌仍可誘導(dǎo)乳酸菌細(xì)菌素的合成,原因可能有兩點:第一,可能在破壞的細(xì)胞碎片中存在未受損的誘導(dǎo)菌菌體;第二,可能是存在亞致死性損傷的誘導(dǎo)菌菌體,當(dāng)與乳酸菌共培養(yǎng)后會重新處于富含營養(yǎng)的MRS或M17培養(yǎng)基中,亞致死性損傷的誘導(dǎo)菌菌體經(jīng)修復(fù)后,恢復(fù)其正常的代謝活動及誘導(dǎo)因子/信號分子的合成、誘導(dǎo)能力。

2.3 誘導(dǎo)因子/信號分子AI-2的功能

誘導(dǎo)因子/信號分子AI-2與共培養(yǎng)誘導(dǎo)細(xì)菌素合成密切相關(guān),共培養(yǎng)誘導(dǎo)乳酸菌細(xì)菌素合成過程中,AI-2濃度與細(xì)菌素的合成量具有同步性,然而,AI-2與細(xì)菌素合成之間的直接聯(lián)系尚未完全建立。luxS基因編碼的蛋白是參與AI-2合成的關(guān)鍵酶,luxS基因在不同種屬的微生物中具有相對高度的保守性,AI-2通常被認(rèn)為是不同菌株之間交流的種群間信號分子。例如:與特定的革蘭氏陽性菌活菌共培養(yǎng)6～9 h能顯著增加L.plantarumKLDS1.0391的細(xì)菌素合成量,細(xì)菌素的合成量與L.plantarumKLDS1.0391的菌體密度、AI-2濃度呈現(xiàn)正相關(guān)性,luxS基因缺失突變菌株共培養(yǎng)后不能誘導(dǎo)細(xì)菌素合成量增加,可能原因在于luxS基因缺失突變菌株與誘導(dǎo)菌共培養(yǎng)后,AI-2的濃度未能達(dá)到閾值,信號分子無法被識別。AI-2的誘導(dǎo)活性通常見于厚壁菌,如植物乳桿菌[46-47],但乳酸菌屬對AI-2的信號輸出和接收/轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑尚未完全明晰,在其他微生物中發(fā)現(xiàn)了AI-2的特異性受體,包括LuxP家族、LsrB家族及rbsB基因編碼的核糖ABC轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白[48-51]。

共培養(yǎng)中,乳酸菌中AI-2受體對通過群體感應(yīng)系統(tǒng)誘導(dǎo)Ⅱ類細(xì)菌素合成中是必需的。L.plantarumC11、L.plantarumNC8與同一誘導(dǎo)菌L.lactisIL1403共培養(yǎng)均能誘導(dǎo)細(xì)菌素的合成,但作為信號分子AI-2受體的組氨酸激酶的結(jié)合序列具有顯著差異,說明在L.plantarumC11和L.plantarumNC8中可能存在另一共有的AI-2受體,此受體可能是由rbsB基因編碼的,因為rbsB基因在許多微生物中廣泛存在,并具有作為AI-2受體的潛在功能,從理論上可補(bǔ)充該受體誘導(dǎo)或輔助AI-2依賴型細(xì)菌素調(diào)控的能力,但還需進(jìn)一步驗證[52]。

3 雙組分調(diào)控系統(tǒng)

國內(nèi)外研究顯示,與特定乳酸菌共培養(yǎng)誘導(dǎo)細(xì)菌素的合成受到群體感應(yīng)(quorum sensing,QS)系統(tǒng)的調(diào)控,QS系統(tǒng)主要包括信號分子和雙組分調(diào)控系統(tǒng)(TCS)[53-55]。典型的雙組分調(diào)控系統(tǒng)(TCS)包括位于細(xì)胞質(zhì)膜的組氨酸蛋白激酶(HPK)和位于細(xì)胞質(zhì)中的反應(yīng)調(diào)節(jié)蛋白(RR)兩部分。HPK作為感受器,能監(jiān)測環(huán)境變化(如共培養(yǎng)菌株的存在),RR具有傳遞來自感受器的信號和調(diào)節(jié)基因表達(dá)的作用, 可同時調(diào)節(jié)一個調(diào)節(jié)子中多個基因的表達(dá)[56]。

Lactococcuslactis合成的細(xì)菌素Nisin是研究最透徹且已經(jīng)實現(xiàn)商業(yè)化生產(chǎn)的細(xì)菌素,Nisin合成是受雙組分調(diào)控系統(tǒng)Nis K(HPK)和Nis R(RR)所調(diào)控的,當(dāng)兩者被破壞時,細(xì)菌素將無法正常合成[57]。L.paracaseiHD1.7 合成的細(xì)菌素Paracin 1.7受Prc K(HPK)和Prc R(RR)的調(diào)控,當(dāng)與枯草芽孢桿菌ATCC 11774共培養(yǎng)時,L.paracaseiHD1.7所產(chǎn)細(xì)菌素為其單獨(dú)培養(yǎng)的 1.21 倍,群體感應(yīng)相關(guān)基因prcK和prcR分別上調(diào)4.98倍及5.41倍。L.plantarum中與細(xì)菌素合成相關(guān)的雙組分調(diào)控系統(tǒng)主要包括三類:第一類是L.plantarumC11、WCFS1、J51、V90、ATCC14917、BFE5092、YM-4-3、ST-Ⅲ、ZJ316中的PlnB(HPK)和PlnC(RR)、PlnD(RR),PlnC能激活轉(zhuǎn)錄并合成細(xì)菌素,而PlnD發(fā)揮負(fù)調(diào)節(jié)作用;第二類是L.plantarumJDM1和L.plantarumNMD-17中的PlnB(HPK)和PlnD(RR),而不存在PlnC;第三類是L.plantarumNC8、J23、LZ206、PCS20、UL4、163、KLDS1.0391中的PlNC8HK(HPK)和PlnD(RR)[58-59]。LactobacillussakeiLb706 合成的細(xì)菌素Sakacin A受Sap K(HPK)和Sap R(RR)的調(diào)控;CarnobacteriumpiscicolaLV17B合成的細(xì)菌素Carnobacteriocin B2和Carnobacteriocin BM1受Cbn K(HPK)和Cbn R(RR)的調(diào)控;Streptococcussalivarius合成的細(xì)菌素salivaricin A受SalK(HPK)和SalR(RR)的調(diào)控[60-61]。掌握乳酸菌中與細(xì)菌素合成相關(guān)的雙組分調(diào)控系統(tǒng)類型,明確雙組分調(diào)控系統(tǒng)在乳酸菌細(xì)菌素合成中作用,有助于更好地提高細(xì)菌素的合成量。

4 共培養(yǎng)誘導(dǎo)乳酸菌細(xì)菌素合成的分子機(jī)制

4.1 自體誘導(dǎo)機(jī)制

共培養(yǎng)誘導(dǎo)L.plantarumNC8細(xì)菌素的合成與自體誘導(dǎo)機(jī)制密切相關(guān),自體誘導(dǎo)機(jī)制需要通過誘導(dǎo)因子plNC8IF、組氨酸蛋白激酶plNC8HK和反應(yīng)調(diào)節(jié)蛋白plnD的群體感應(yīng)調(diào)控系統(tǒng)實現(xiàn)[62-63]。L.plantarumC11與L.plantarumNC8中的群體感應(yīng)調(diào)控系統(tǒng)在功能上展現(xiàn)出一定的相似性,其調(diào)控系統(tǒng)由細(xì)菌素/誘導(dǎo)肽plnA、組氨酸蛋白激酶plnB和兩個反應(yīng)調(diào)節(jié)蛋白plnC及plnD構(gòu)成。共培養(yǎng)能同時使L.plantarumNC8中細(xì)菌素編碼的結(jié)構(gòu)基因plNC8βα及調(diào)控系統(tǒng)編碼基因發(fā)生上調(diào)[64-65]。L.plantarumNC8中群體感應(yīng)調(diào)控系統(tǒng)編碼基因被敲除,誘導(dǎo)菌的加入將無法誘導(dǎo)突變株細(xì)菌素的合成,說明群體感應(yīng)調(diào)控系統(tǒng)是共培養(yǎng)誘導(dǎo)細(xì)菌素合成的必要部分。組氨酸蛋白激酶具有N端跨膜結(jié)構(gòu)域,可感知胞外誘導(dǎo)因子的存在,通過磷酸化反應(yīng)將信號傳遞給反應(yīng)調(diào)節(jié)蛋白,反應(yīng)調(diào)節(jié)蛋白結(jié)合到細(xì)菌素合成相關(guān)基因上,近而誘導(dǎo)其表達(dá)。同一誘導(dǎo)菌可同時提高L.plantarumNC8和L.plantarumWCFS1的細(xì)菌素合成,但兩者的組氨酸蛋白激酶序列具有較低的同源性,誘導(dǎo)菌合成的誘導(dǎo)因子無法同時被兩種組氨酸蛋白激酶所感知,可能是由于誘導(dǎo)菌可同時產(chǎn)生兩種不同的誘導(dǎo)因子,或者乳酸菌中還存在組氨酸蛋白激酶以外的分子作為信號接收器,調(diào)控特定的反應(yīng)調(diào)節(jié)蛋白,從而激活細(xì)菌素合成調(diào)控操縱子[52]。

4.2 二級調(diào)控機(jī)制

L.acidophilusLa-5單獨(dú)培養(yǎng)時僅能在固體培養(yǎng)基中產(chǎn)生細(xì)菌素,而在液體培養(yǎng)基中不能產(chǎn)生細(xì)菌素,當(dāng)與誘導(dǎo)菌共培養(yǎng)時亦可在液體培養(yǎng)基中產(chǎn)生細(xì)菌素。L.acidophilusLa-5的細(xì)菌素Lactacin B合成可能是由群體感應(yīng)調(diào)控系統(tǒng)和自身啟動子(二級調(diào)控機(jī)制)共同完成的[66]。L.acidophilusLa-5與人工合成的誘導(dǎo)因子IP_1800共培養(yǎng)時發(fā)現(xiàn)其細(xì)菌素合成是一個劑量依賴的調(diào)控過程,誘導(dǎo)因子的添加導(dǎo)致細(xì)菌素結(jié)構(gòu)基因lbaB在轉(zhuǎn)錄水平上上調(diào),細(xì)菌素的合成量增加,表明群體感應(yīng)系統(tǒng)是細(xì)菌素Lactacin B合成的調(diào)控機(jī)制之一。而L.acidophilusLa-5與誘導(dǎo)菌S.thermophilusSTY-31共培養(yǎng)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)基因lbaB、自體誘導(dǎo)因子IP_1800編碼基因及ABC轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白編碼基因ABC_1796在轉(zhuǎn)錄水平上顯著上調(diào),結(jié)構(gòu)基因lbaB的上調(diào)程度明顯高于細(xì)菌素Lactacin B合成相關(guān)的其他基因,細(xì)菌素的合成量增加。轉(zhuǎn)錄分析表明細(xì)菌素Lactacin B合成相關(guān)基因應(yīng)轉(zhuǎn)錄為同一轉(zhuǎn)錄本,但這與誘導(dǎo)菌共培養(yǎng)后結(jié)構(gòu)基因上調(diào)程度顯著高于其他細(xì)菌素合成相關(guān)基因存在矛盾,根據(jù)上述結(jié)果推測細(xì)菌素結(jié)構(gòu)基因lbaB另外還受自身啟動子的調(diào)控(二級調(diào)控機(jī)制),位于細(xì)菌素Lactacin B操縱子下游的內(nèi)在終止子被認(rèn)為是潛在的lbaB調(diào)節(jié)因子。因此,共培養(yǎng)的誘導(dǎo)菌可能被L.acidophilusLa-5認(rèn)為是一種外界刺激,通過其初級或次級代謝產(chǎn)物的產(chǎn)生或與乳酸菌的物理接觸,從而激活推測的二級調(diào)控機(jī)制[32]。

4.3 不同信號分子的聯(lián)合調(diào)控機(jī)制

L.plantarumDC400與特定誘導(dǎo)菌L.sanfranciscensisDPPMA174、P.pentosaceus2XA3共培養(yǎng)能顯著增加細(xì)菌素的合成量,但L.plantarumDC400的生長量和存活率卻未受到影響,此過程中L.plantarumDC400產(chǎn)生的細(xì)菌素Plantaricin A亦是信號分子,同時L.plantarumDC400中l(wèi)uxS基因的表達(dá)量顯著上調(diào),運(yùn)用V.harveyiBB170菌株檢測發(fā)現(xiàn)共培養(yǎng)后的上清液中信號分子AI-2活性增加,說明共培養(yǎng)對細(xì)菌素的誘導(dǎo)作用可能同時受到Plantaricin A和AI-2兩種信號分子的調(diào)控[45]。

5 結(jié)論

乳酸菌細(xì)菌素作為天然的功能性防腐劑具有安全、環(huán)保、無毒、抑菌譜寬、穩(wěn)定性強(qiáng)等優(yōu)點,在食品、調(diào)味品中展現(xiàn)出較好的開發(fā)前景,新技術(shù)、新方法的不斷發(fā)展和研究給乳酸菌細(xì)菌素在食品領(lǐng)域中的應(yīng)用帶來新的機(jī)遇[67-69]。乳酸菌與其他菌株共存是在自然環(huán)境和發(fā)酵食品中常見的現(xiàn)象,大量研究顯示與革蘭氏陽性菌共培養(yǎng)能誘導(dǎo)乳酸菌的細(xì)菌素合成,但由于乳酸菌細(xì)菌素合成涉及的合成基因和調(diào)控基因、途徑的多樣性和復(fù)雜性等,誘導(dǎo)機(jī)理尚未完全清晰。共培養(yǎng)誘導(dǎo)細(xì)菌素合成是復(fù)雜的生物之間相互作用的過程,要實現(xiàn)其工業(yè)化應(yīng)用需要進(jìn)一步明確潛在信號分子的鑒定及合成途徑、信號分子的接收部位、信號分子的傳遞途徑、細(xì)菌素合成相關(guān)基因的啟動方式、共培養(yǎng)過程中相關(guān)基因和蛋白質(zhì)的轉(zhuǎn)錄和表達(dá)情況、乳酸菌感知其他微生物存在的方式等諸多問題,應(yīng)用轉(zhuǎn)錄組學(xué)、蛋白組學(xué)和代謝組學(xué)有利于掌握共培養(yǎng)條件下基因、蛋白質(zhì)表達(dá)的整體變化和代謝途徑等,有助于識別差異表達(dá)的基因和蛋白質(zhì),從中挖掘有價值的信息?？茖W(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展有助于更加全面和深入地揭示共培養(yǎng)誘導(dǎo)細(xì)菌素合成的調(diào)控機(jī)制,滿足消費(fèi)者對高質(zhì)量食品的安全性要求。