柠檬酸杆菌的降解作用探究

曾莉君，胡菁芮，左大双，郭子俊

（云南农业大学 植物保护学院，云南昆明 650201）

1 柠檬酸杆菌的降解作用及其他功能

1.1 柠檬酸杆菌对人、动物的影响

柠檬酸杆菌广泛存在于人体和动物内脏中，柠檬酸杆菌对人和动物的致病性和抗性基因的风险日益引起人们广泛的关注，特别是弗氏柠檬酸杆菌对人的致病性。而在人体内普遍分离出来的柠檬酸杆菌大多属于弗氏柠檬酸杆菌和克氏柠檬酸杆菌[1]。布氏柠檬酸杆菌也陆续被报道出感染人体以致生病的事件[2]。为了找到其致病性和抗性的原因，已有研究指出产AmpC酶弗氏柠檬酸杆菌的qnr等位基因的多样性和普遍性，提出应谨慎使用喹诺酮类药物抗生素，特别是对能产超广谱β-内酰胺酶的细菌[3]。有研究表明，在对多药耐药肠杆菌(MDRE)的研究中发现几乎一半的MDRE定殖患者携带有耐药性的弗氏柠檬酸杆菌、布氏柠檬酸杆菌和安氏柠檬酸杆菌株系，而低毒的株系可在宿主体内长期存活，通过编码多种抗菌素类抗性基因的积累影响病原菌的进化。现有关于柠檬酸杆菌抗药性和致病性研究中，从方法上看，已有研究通过对弗氏柠檬酸杆菌的质粒介导接合实验，验证了其耐药性增加。带有bla（TEM-1）抗性基因耐药性的弗氏柠檬酸杆菌存在较高的独立致死风险因素。利用宏基因组学在早产儿肠道微生物群落多样性很低的情况下，克氏柠檬酸杆菌存在单核苷酸变异[4]。弗氏柠檬酸杆菌作为一些人体肠道致病菌的模式菌株对小鼠进行分子基础研究，认为肠道微生物群在调节肠道病原体在肠粘膜的定植能力和协调粘膜免疫反应对感染具有重要性。

1.2 调节昆虫生长发育以及提高其环境适应性

昆虫内共生菌与其宿主之间的关系研究日益成为研究热点，对于内共生菌与宿主昆虫的共生机制的研究也日益增多。不同物种以及不同地区生物内共生菌的种类和数量可能存在差别，所具备的功能也许会存在差别。但目前针对柠檬酸杆菌属细菌在不同宿主体内不同部位分布的具体功能以及机制的研究还比较少。昆虫在适应多样的寄主植物和多变的自然环境过程中，微生物也在进行适应性的进化，使昆虫能够产生不同的生态适应性。研究表明，在昆虫生长发育中，柠檬酸杆菌属的CF-BD作为昆虫的肠道内共生菌对不同品系的桔小实蝇幼虫和蛹的生长发育和抗性的形成具有影响，并对增强桔小实蝇对敌百虫的抗药性有着重要作用[5]，弗氏柠檬酸杆菌在很大程度上可以刺激螫蝇的产卵和促进发育。通过实验对意大利蜜粉工蜂的肠道细菌进行分离，在意大利蜜粉工蜂培养肠道中首次发现柠檬酸杆菌，并且在对蜜蜂不同时期肠道细菌群落分析中发现柠檬酸杆菌到越冬期增多。但是柠檬酸杆菌属细菌，如何促进其他昆虫的作用机制以及具体的功能尚不清楚。此外，也不是所有的柠檬酸杆菌对宿主昆虫均有有利的一面，也存在着不利的一面。有数据显示，对感染试验组的东亚飞蝗中，均分离出了呈优势生长的弗氏柠檬酸杆菌，证实了弗氏柠檬酸杆菌是自然病例的相应病原菌。

1.3 柠檬酸杆菌的降解作用

微生物在降解自然界高分子化合物以及对环境有害物质方面的作用引起了人们的极大关注，特别是在降解农药、环境污染物等方面。迄今为止，利用微生物进行降解与生物修复的研究很多。其中，对土壤的修复和石油的降解研究较多。已有研究表明，目前已分离出柠檬酸杆菌具有降解石油烃的功能。白蚁是一类具有高效的木质化纤维素消化能力的昆虫，为木质纤维素的体外降解提供了可能，有研究显示从黑胸散白蚁分离出的柠檬酸杆菌以及在对土白蚁属白蚁分离出弗氏柠檬酸杆菌都属于具有降解纤维素性能的株系，并且在降解方面表现良好，这不仅对宿主营养代谢发挥着重要作用，也对纤维素酶的工业开发具有指导作用。由此可见，在昆虫体内柠檬酸杆菌也发挥着独特的降解作用。在对环境污染物降解方面，发现柠檬酸杆菌属细菌具有降解壬基酚(NP)、泰乐菌素药渣、生物除磷和吸附重金属铬等作用。推测柠檬酸杆菌对U(Ⅵ)的去除可能是细菌细胞壁上的多聚糖、蛋白质和脂类的基团与UO2+的结合形成金属沉淀，从而达到良好的效果。

1.4 其他功能

有研究通过合成弗氏柠檬酸杆菌的植酸酶密码子优化的基因，再转入到毕赤酵母中，得到了高效表达的株系。这为植酸磷的有效利用提供了很好的应用前景，也为研究开发出优质廉价的植酸酶成为可能，在动物生产和环境保护方面具有极大的应用前景。也有研究发现柠檬酸杆菌属的细菌具有良好的去铁作用，具有成为微生物燃料的可能。

2 结语

目前，国内外对柠檬酸杆菌的研究主要是关于其致病性和耐药性的研究，对于其潜在功能的研究尚在探索中。借助分子生物学、转基因以及宏基因组学，使关于柠檬酸杆菌的研究不断地深入，也使我们更加了解其内在机理。随着研究的深入，研究人员开始从鉴定技术转向研究柠檬酸杆菌与环境以及生物体之间的相互关系以及相互影响，并在其中发现潜在价值。相信在今后的研究中，探索柠檬酸杆菌与其他菌株之间、环境和宿主之间的互作关系和相互影响，以及在这三者之间关系的影响程度的大小将为其他菌株提供借鉴意义，进而使柠檬酸杆菌的负面影响降到最低，充分发挥其有利作用。