单位文秘网 2021-07-10 08:13:50 点击: 次
摘 要:乳酸链球菌素(Nisin)就目前而言,是世界范围内都比较绿色和安全的一种防腐剂,它是一种天然传统的微生物代谢分泌的产物,它与其他细菌相比最大的优点就是能通过破坏某些敏感细胞的细胞膜从而起到溶菌和杀菌的作用,此外,乳酸链球菌素(Nisin)能通过人体的蛋白酶消化和降解作用而被吸收。Nisin的分泌代谢合成机理和其独特的抗菌活性使其在很多领域得到了运用。其中发展趋势和前景相比较明朗的是医药和食品领域。随着全球经济技术水平的提高,Nisin在基因工程的研制方面也取得了一定的进展。
关键词:Nisin;分子结构;基因工程
本文主要概述了乳酸链球菌素的分子结构和基本作用,分析了Nisin的抗菌谱和抗菌原理机制,并探讨了Nisin应用在基因工程领域的相关进展。
一、乳酸链球菌素概述
(一)简述
乳酸链球菌素(Nisin)(也称乳球菌肽或者乳链菌肽)是在一些微生物,主要是在乳酸链球菌、乳球菌的生物代谢中生成的一种含有较强抑菌杀菌性能的小肽。
(二)分子结构
乳酸链球菌素(Nisin)是由34个氨基酸组成的具有杀菌作用的小肽,其分子式是C143H228N42O37S7,分子量是3 510Da。乳酸链球菌素(Nisin)并不都是具有活性的,其活性物质主要是由Nisin的前体肽中的N-端的信号肽释放出来的。五十七个氨基酸构成了乳酸链球菌素(Nisin)的前体肽,而N-端的二十三个残基构成了信号肽。信号肽在释放Nisin的活性物质前必须经过细胞表面肽酶的水解作用。除此之外,乳酸链球菌素(Nisin)分子的肽链顶端呈现一定的弯曲,主要表现在C端和N端。在乳酸链球菌素(Nisin)分子高级立体结构中还呈现出“铰链”形。这些都表明了在乳酸链球菌素(Nisin)在合成、分泌的过程中起着一定的翻译和修饰作用。
科学研究发现,Nisin存在着为数不多的天然异构体。Nisin A、Nisin Z、Nisin Q是目前为止发现的Nisin的几种天然异构体。这些天然异构体在结构上具有很大的相似性,又彼此间存在细微的差别。Nisin A与Nisin Z 的差异是前者结构含组氨酸,而后者结构含天冬酰胺。Nisin Q则与Nisin A和Nisin Z分别存在若干个不同的氨基酸。
二、乳酸链球菌素的抗菌活性及杀菌机理
(一)抗菌活性
科学研究和以往的实际经验都表明,Nisin能够有效地抑制绝大部分革兰氏阳性菌及其芽孢细菌的生长和繁殖 ,通过实验数据证明其对金黄色葡萄球菌等的生长和繁殖的抑制效果更为明显和突出。
值得注意的是,一般情况下,Nisin对革兰氏阴性菌及其芽孢细菌、酵母菌和霉菌等的生长和繁殖没有抑制作用,但是通过采取加热或冷冻、酸处理、EDTA处理等方式改变Nisin的环境条件,也可以对一些革兰阴性菌(如大肠杆菌、假单胞菌等)的生长和繁殖起到抑制的作用。
(二)杀菌机理
Nisin常常被人们用来抗菌和抑菌,Nisin的抗菌机理也随着社会经济技术的发展而不断取得进展。然而Nisin抗菌的本质不是抗菌、抑菌,而是溶菌、杀菌。
近年来不断有研究论证了乳酸链球菌素杀菌的的作用过程和杀菌与溶菌的机制原理。科学人员研究证明,一些敏感型细菌细胞膜中的某些酶结构中的巯基容易与Nisin单体中的某些氨基酸(主要是β-甲基脱氢丙氨酸和脱氢丙氨酸)发生作用,从而使细菌敏感细胞丧失质子的驱动力,能量来源ATP泄露,矿物元素离子及必需氨基酸从细胞质浆液流出,而细菌细胞外的分子则流入细胞内,最终导致细胞自溶。
Nisin通过本身分子结构功能以及生物活性原理能轻易破坏敏感细菌细胞膜,从而将细菌杀死。与此同时,Nisin也能在很大程度上杀死芽孢,尤其是在经过一定的高温条件处理之后,活性芽孢对Nisin的敏感度成倍增加,Nisin对芽孢的杀伤力也成倍增长。正因为如此,人们才将越来越多地将Nisin应用在食品的热加工防腐中。
三、乳酸链球菌素相关的基因工程研究
(一)基因表达系统
目前世界上用于基因研究的的细菌表达系统很多,其中最常见的有枯草芽孢杆菌和大肠杆菌等。然而这些原核表达系统都或多或少存在着不安全因素,不能很好地应用在真正对人类有价值的基因工程中。很多年来人们一直致力于研究在乳酸菌中表达一些有价值的安全良好的基因,这一课题已经成为研究乳酸菌分子遗传学的重要环节。
(二)基因的克隆表达
Nisin是生物安全性较高的一种天然抗菌肽,具有较强的抑菌杀菌作用,在世界范围内都得到了广泛的应用。然而这种天然传统的抑菌微生物并不能源源不断地获取,其全球范围的供应量都受到一定限制。这就迫切需要利用克隆技术将其基因转移至能够高效表达的重组菌株中。人们开始各种尝试来利用基因工程使乳酸链球菌素能够得到更为广泛和实际的应用。
上世纪八十年代末,人们首次突破了乳酸链球菌素天然生成的局限,成功克隆出了人工乳酸链球菌素。研究表明,经表达的Nisin Z 具有良好的生物活性,并保持有一定的稳定性。后来,为了进一步提高Nisin的生成产量,科学家利用定点突变作用于Nisin的表达过程中,令人惊喜的是,经突变得到的Nisin的抑菌活性并未受到影响。
(三)培育高产菌株
在利用基因工程技术对Nisin进行改造、培育、表达时,培育高活性、高产量、高稳定性的菌株显得至关重要。目前世界上Nisin的发酵单位高达8 200IU/ml以上,我国自发研制培育的一株Nisin高产优质菌株,其发酵单位也达到了4 100~4 800IU/ml。
四、结语
Nisin安全抗菌的性能使其在现代科学研究中备受重视。随着人类社会技术全面快速地发展,Nisin势必会大幅提高产量,全面强化其各项生物性能的应用,最终提高全世界经济效益和社会效益。
参考文献:
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