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  • 细菌素

    由某些细菌在代谢过程中通过核糖体合成机制产生的一类具有抑菌活性的多肽或前体多肽。对同种近缘菌株呈现狭窄的抑制谱,通过在靶细胞上穿孔、抑制肽聚糖合成,与核糖体或tRNA相互作用抑制蛋白质合成,直接降解靶细胞DNA,从而起到抑菌效果。

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    细菌素/细菌素 编辑

    细菌素(bacteriocin)是由细菌产生的有杀菌或抑菌作用的物质。主要含有具生物活性的蛋白质部分,对同种近缘菌株呈现狭窄的活性抑制谱,附着在敏感细胞特异性受点上。

    细菌素的产生和寄主细胞对细菌素的免疫性都由质粒控制。细菌产生细菌素是细胞的致死过程。致死物质按其性质可分为两类,一类是低分子量的蛋白质或肽,很难在电子显微镜下观察到这类物质的结构,对胰蛋白酶多不稳定;另一类是具有复杂结构的蛋白质颗粒,有噬菌体部分形态结构,易于在电子显微镜下观察,对胰蛋白酶稳定。

    1925年,A·格雷希亚首次报道了大肠杆菌V株产生一种对大肠杆菌Φ株有杀菌作用的物质,这类物质被称作大肠杆菌素。以后又发现许多细菌都能产生大肠杆菌素,而且产大肠杆菌素因子可以从供体细胞转移到受体细胞。

    20世纪70年代以后,对细菌素的研究进入分子生物学水平,开展了对细菌素的化学性质、结构、生物合成、释放和作用方式等方面的探索。利用细菌素或与噬菌体方法结合,可以有效地进行某些细菌的分型和病原菌的流行检查。

    分类/细菌素 编辑

    1、细菌素以生产菌而命名 如大肠杆菌产生的细菌素称大肠杆菌素,乳酸菌产生的称为乳酸链球菌素(乳链菌肽,Nisin),绿脓杆菌产生的称绿脓杆菌素。

    2、细菌素根据化学结构、稳定性和分子量大小可分为4类。

    第一类定义为羊毛硫抗生素(Lantibiotics),是一类小分子的修饰肽,含19—50个以上的氨基酸分子,分子活性部位有羊毛硫氨酸(Lanthionine)、β-甲基羊毛硫氨酸(βmethyllanthionine)、脱氢酪氨酸(Dehydrobutyrine)和脱氢丙氨酸(Dehydroalanine)等非编码氨基酸。Lantibiotics又可细分为两个亚类:Ia类是由在靶目标膜上形成孔道的阳离子和疏水基团组成的肽,它与结构稳定的Ib类相比,结构的伸展性更好;Ib类是球状的肽类,它不带电或带负电。

    第二类是小分子的热稳定肽(SHSP),分子量小于10Kda,具有疏水性和膜活性,其结构特征为:N末端信号肽序列长度为18—21个氨基酸,前导肽链由一个蛋氨酸,并常随一个赖氨酸;有活性的细菌素其N—末端+1的位置上通常是赖氨酸或精氨酸。可以分为3个亚类:Iia类N—末端氨基酸序列为Tyr-Gly-Asn-Gly-Val,并由两个半胱氨酸所构成的S-S桥,对利斯特氏杆菌有活性;Iib类孔道复合物由两个具有不同氨基酸序列的肽类寡聚体形成;Iic类能被硫醇激活、活性基团要求有原性半胱氨酸残基。

    第三类是热敏感的大分子蛋白(LHLP),分子量一般大于10Kda,通常在100℃或更低温度30s内即失活,它们的抑菌谱较窄。

    第四类是复合型的大分子复合物,除蛋白质外含有碳水化合物或类脂基团,目前这类细菌素还未被纯化。

    第二、三、四类细菌素由于不含羊毛硫氨基酸,所以通常又被称为非羊毛硫抗生素(Non-lantibioticbacteriocin)

    抑菌范围/细菌素 编辑

    细菌素通常由革兰氏阳性菌产生并可以抑制其他亲缘关系较近的革兰氏阳性菌,对大多数的革兰氏阴性菌、真菌等均没有抑制作用。细菌素可以抑制许多革兰氏阳性菌,如Nisin抑制葡萄菌属、链球菌属、小球菌属和乳杆菌属的某些菌种,抑制大部分梭菌属和芽孢杆菌属的孢子;嗜酸乳杆菌和发酵乳杆菌产生的细菌素对乳杆菌、片球菌、明串球菌、乳球菌和嗜热链球菌。但有研究发现,Nisin与螯合剂(如EDTA)连接后,改变了细胞的渗透性,可以抑制一些革兰氏阴性菌,如E.coli和Salmonellasp.;或将Na3PO4与Nisin结合使用,可以提高革兰氏阴性菌对Nisin的敏感性。部分非羊毛硫抗生素其抑菌范围却很窄,如LactococcinA等。

    作用机制/细菌素 编辑

    由于一种细菌素并不是对每种菌都有抑制作用,在其对特殊菌株的亲和力实验中发现,菌株磷脂组成的pH影响最低抑菌浓度(MIC)。有研究显示,膜通道的形成与细菌膜表面的“耦合分子基团”有关,耦合分子基团使得细菌素与细胞的相互作用更易于进行,从而提高细菌素的抑菌有效性。这一机制已成功地阐述了Nisin和Mersacidin的作用机制。两者都是使用脂质体Ⅱ、肽聚糖前体作为对接分子与靶细胞作用。相应的Mersacidin是抑制肽聚糖的合成,从而使细胞壁和磷脂的合成受阻,使细胞质溢出。目前认为,一些细胞壁的生物合成是Nisin作用的靶点。其他的细菌素也是靶细胞膜上的特殊位点相互作用,这些位点可能是蛋白质。这种作用可以提高细菌素的有效性。

    应用/细菌素 编辑

    部分细菌素已广泛地应用于肉类工业、奶制品工业、酿酒和粮食加工等领域。目前,在食品应用中研究得最透彻的细菌素是乳链菌素Nisin,美国已将此用于食品添加剂。硝酸盐被广泛地应用在肉类食品中,以防止使食品很容易变质的梭菌存在,但其对人体健康伤害很大,甚至危及生命。使用Nisin或含低量硝酸盐的Nisin可以抑制梭菌(Clostrididal)的生长,以减少硝酸盐含量。在西方国家,细菌素已用于奶制食品中,可以抗Clostridial和Listeria。例如,Nisin可以控制奶酪中C.botulinum孢子生长,并已成为巴氏灭菌精制奶和糊状食品最有效的防腐剂。添加Nisin可防止牛乳及乳制品的腐败,延长其货架期。由于Nisin在偏酸性下较稳定且易溶解,所以比较适宜在酸性罐头食品中添加,同时还可降低罐头的灭菌强度,提高内在品质。Nisin在酒精饮料中应用也比较广泛,由于Nisin对酵母菌没有抑制作用,所以对发酵没有任何影响,并还可以很好地抑制革兰氏阳性菌,保证产品质量。目前Nisin在全世界范围内的各种食品中得到普遍应用。现在许多研究证明,产生细菌素的发酵剂在发酵过程中可以防止或抑制不良菌的污染,因而将产细菌素的乳酸菌加入到食品中比直接加细菌素更好。但细菌素抗菌谱有一定的范围,为扩大其抑菌范围,可将几种细菌素或将其他来自于动植物(如抗菌肽)等天然食品防腐剂配合使用,利用它们的协同作用,增强抑菌范围及强度,或与部分化学防腐剂络合使用,既可增加抑菌范围又可减少化学防腐剂的使用。

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