微生物共培養(yǎng)對植物乳桿菌RX-8合成細(xì)菌素的誘導(dǎo)作用
聶蓉1，李雪1，郜亞昆1,2，劉國榮1*，王成濤1，孫寶國1
（1北京食品營養(yǎng)與人類健康高精尖創(chuàng)新中心 北京市食品添加劑工程技術(shù)研究中心
北京工商大學(xué) 北京 100048；
2天津市和平區(qū)市場監(jiān)督管理局 天津 300041）
基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目(31871772)；北京市自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目(6192003)
作者簡介：聶蓉（1997—），女，碩士生
通信作者：劉國榮 E-mail: liuguorong@th.btbu.edu.cn
1、研究目的：
植物乳桿菌（Lactobacillus plantarum）RX-8分離自中國傳統(tǒng)泡菜，可代謝合成Ⅱb類細(xì)菌素plantaricin EF。該細(xì)菌素抑菌譜廣，加工應(yīng)用特性良好，有作為天然食品生物防腐劑的巨大潛力，然而合成水平較低，使其工業(yè)化生產(chǎn)及應(yīng)用嚴(yán)重受限。本研究旨在探討外源微生物共培養(yǎng)作為環(huán)境刺激因子誘導(dǎo)菌株RX-8高效合成plantaricin EF的可行性。
2、試驗(yàn)方法：
1）基于前期對植物乳桿菌RX-8代謝產(chǎn)細(xì)菌素培養(yǎng)條件的研究，通過改變對細(xì)菌素合成影響顯著的因素（培養(yǎng)溫度、培養(yǎng)基起始pH值、培養(yǎng)基濃度）構(gòu)建低產(chǎn)、不產(chǎn)細(xì)菌素純培養(yǎng)模型體系，并分別添加來自不同發(fā)酵食品（谷物醋、白酒、酸魚）的16株菌株進(jìn)行共培養(yǎng)，通過測定共培養(yǎng)前、后植物乳桿菌RX-8所產(chǎn)細(xì)菌素的抑菌活性，篩選出最佳共培養(yǎng)誘導(dǎo)菌株。
2）驗(yàn)證最佳共培養(yǎng)誘導(dǎo)菌株的誘導(dǎo)效果，探究接種比例與接種濃度對其共培養(yǎng)誘導(dǎo)植物乳桿菌RX-8細(xì)菌素合成的影響。
3）對比分析誘導(dǎo)菌菌懸液、滅活菌懸液、無細(xì)胞發(fā)酵上清液、蛋白酶K處理發(fā)酵上清液和Trans-well間接共培養(yǎng)體系的誘導(dǎo)作用，對起誘導(dǎo)作用的物質(zhì)類型進(jìn)行初步推測。
3、結(jié)果：
共培養(yǎng)條件下多種菌株均可促進(jìn)植物乳桿菌RX-8細(xì)菌素的合成，而誘導(dǎo)菌具有高度特異性，并且菌株的誘導(dǎo)性和菌株的親緣關(guān)系無直接相關(guān)性，同種菌內(nèi)不同菌株誘導(dǎo)性的強(qiáng)弱也各不相同。其中，谷物醋來源枯草芽孢桿菌BS-15可在低產(chǎn)、不產(chǎn)及常規(guī)共培養(yǎng)體系中均表現(xiàn)顯著誘導(dǎo)作用（P<0.01），故將其作為最佳誘導(dǎo)菌。
進(jìn)一步優(yōu)化其與植物乳桿菌RX-8的共培養(yǎng)體系的發(fā)酵條件，發(fā)現(xiàn)枯草芽孢桿菌BS-15與植物乳桿菌RX-8共培養(yǎng)的最佳接種比例是10:1、接種濃度分別是108 CFU/mL和107 CFU/mL。由于蛋白酶K能夠破壞枯草芽孢桿菌BS-15無細(xì)胞發(fā)酵上清液對植物乳桿菌RX-8產(chǎn)細(xì)菌素的誘導(dǎo)作用，推測誘導(dǎo)作用是由菌株BS-15分泌產(chǎn)生的蛋白類物質(zhì)引起的。
4、結(jié)論與展望：
存在特定微生物可以誘導(dǎo)細(xì)菌素plantaricin EF高效分泌表達(dá)，微生物共培養(yǎng)可以作為提高乳酸菌細(xì)菌素產(chǎn)量的重要技術(shù)手段。然而，植物乳桿菌RX-8與特定外源微生物共培養(yǎng)提高細(xì)菌素產(chǎn)量的機(jī)制尚不清楚。在枯草芽孢桿菌BS-15誘導(dǎo)作用的驗(yàn)證過程中，活菌數(shù)與細(xì)菌素產(chǎn)量隨時(shí)間變化的結(jié)果表明，共培養(yǎng)下細(xì)菌素plantaricin EF的合成依然與菌體密度緊密相關(guān)。已知純培養(yǎng)條件下細(xì)菌素plantaricin EF的合成受群體感應(yīng)系統(tǒng)調(diào)控，并且該系統(tǒng)發(fā)揮作用依賴于菌體密度，故推測共培養(yǎng)條件下枯草芽孢桿菌BS-15誘導(dǎo)細(xì)菌素plantaricin EF高效合成的過程與群體感應(yīng)系統(tǒng)相關(guān)。接下來，將通過測定共培養(yǎng)與純培養(yǎng)條件下的群體感應(yīng)信號(hào)分子，細(xì)菌素合成與群體感應(yīng)系統(tǒng)相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄水平，從分子水平揭示共培養(yǎng)誘導(dǎo)細(xì)菌素plantaricin EF合成與群體感應(yīng)系統(tǒng)之間的關(guān)系，通過轉(zhuǎn)錄組學(xué)和蛋白組學(xué)等生物信息學(xué)手段預(yù)測潛在的調(diào)控機(jī)制。
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