乳酸菌细菌素的分类、生物合成及其应用

张丽莎

摘要：近几年，乳酸菌细菌素在生物抑制剂方面的應用，受到人们大量的关注。细菌素是乳酸菌发酵过程中产生的代谢产物。本文在乳酸菌细菌素分类方面做了简单陈述，论述了细菌素的生物合成和当前乳酸菌细菌素的应用。

关键词：乳酸菌;细菌素;生物合成;应用

引言

乳酸菌（LAB）是一类革兰氏阳性、非孢子形成、球菌或杆状菌、过氧化氢酶阴性和挑剔的微生物，可以增强发酵食品的味道和质地。它们的主要产物是由葡萄糖和生长抑制物质如细菌素、过氧化氢、二酰基等产生乳酸，从而防止食品腐败菌和病原体的增殖[1]。

此外，一些乳酸菌会产生称为细菌素的抗菌肽。迄今为止，从乳杆菌属中分离出的几种LAB及其细菌素已被应用于食品保鲜和人类病原体的控制。

一、 乳酸菌细菌素的分类

根据乳酸菌细菌素的组成、大小、热稳定性、作用方式、输出机制等方面，把乳酸菌细菌素，主要分为羊毛硫抗生素、小型耐热细菌素、大的耐热细菌素

第I类：羊毛硫抗生素

羊毛硫抗生素，分为A型羊毛硫抗生素和B型羊毛硫抗生素。 A型羊毛硫抗生素是细长的阳离子成孔肽。B 型羊毛硫抗生素紧凑，具有球状结构，是酶抑制剂，具有免疫活性。羊毛硫抗生素（含羊毛硫氨酸的抗生素肽）是小的（小于 5 kDa，具有 19 至 38 个氨基酸）膜活性肽，含有不常见的翻译后修饰氨基酸，如羊毛硫氨酸 （Lan）、β-甲基羊毛硫氨酸 （MeLan） 和脱水残渣[2]。翻译后肽修饰通常仅涉及氨基酸丝氨酸、苏氨酸和半胱氨酸，尽管赖氨酸、天冬氨酸和异亮氨酸残基也可能以修饰形式存在。目前记录的所有羊毛硫抗生素，都是由革兰氏阳性细菌产生的。

第II类：小型耐热细菌素

II 类包含小的热稳定性非羊毛硫氨酸肽，分为四组：IIa 类由具有 N 端共有序列的李斯特菌活性肽组成。IIb类是双肽细菌素。IIc 类包含 sec 依赖性细菌素，而 IId 类包含不属于 II 类中的三个组中的任何一个的小型热稳定非羊毛硫氨酸细菌素。该类细菌素具有极强的稳定性，nisin是其最具有代表性的一种。

这些细菌素可以定义为小（小于 10 kDa），不含任何不寻常的氨基酸，具有膜活性，耐热温度高达 100ºC，或可高压灭菌。大多数这些细菌素的特征在于细菌素前体中所谓的双甘氨酸 （G-G） 加工位点。II 类细菌素具有多种特征，例如存在高含量的小氨基酸（如甘氨酸），具有强阳离子，pI 介于 8 和 11 之间，以及具有疏水性和两亲性结构域。

第III类：由大的耐热细菌素组成。

这些细菌素的大小超过 30 kDa。 细菌素 helveticin J 是该组的代表。细菌素的操纵子已被克隆，并在嗜酸乳杆菌中显示。

二、乳酸菌细菌素生物合成

细菌素的产生取决于微生物菌株和培养条件。细菌素是核糖体合成的肽，最初在生物学上是无活性的，后来经过修饰以达到活性状态。然后在它们被输出到细胞外之前，它们会被细菌素基因簇编码的蛋白质或氨基酸修饰。

I类（羊毛硫抗生素）细菌素生物合成的主要途径可以通过使用众所周知的乳酸链球菌素所遵循的途径来描述，尽管非羊毛硫抗生素细菌素存在细微差异，因为它们不需要掺入不寻常的氨基酸。（1）nisA基因被翻译成前乳链菌肽A肽;（2）nisB和nisC基因的产物将前体乳酸链球菌素A转化为前体乳酸链球菌素A。细菌素的表达受到外部诱导因子的调节，通常由生产菌株本身分泌，或者它可以是组成型的，而细菌素的生物合成取决于温度和pH等环境条件。

II类细菌素（小型耐热细菌素），例如来自植物乳杆菌的植物霉素， Plantaricin423是质粒编码的。然而，在产生多于一种细菌素的情况下，细菌素既可以是质粒编码的，也可以是染色体编码的。编码II类细菌素生产的基因组织在操纵子簇内，通常由编码前肽的结构基因、专用免疫基因、用于通过膜易位的ABC转运蛋白基因和用于输出细菌素的辅助蛋白基因组成。有时，也存在调节基因。大多数II类细菌素被生物合成为携带N末端前导肽和独特的双甘氨酸蛋白水解加工位点的无活性前肽，而IIc类细菌素具有sec型N末端信号序列。除片菌素PA外，其他II类细菌素为质粒编码的植物菌素423。Plantaricin423编码区具有与pediocinPA-1相似的操纵子结构。此外，II类细菌素还产生激活受调控基因转录的诱导因子。这种诱导因子构成了负责II类细菌素生物合成的信号转导系统的一部分。

编码这些蛋白质的基因与其他细菌素结构和加工基因在遗传上非常接近。LanI和LanEFG（多组分ABC转运蛋白）系统均已针对LAB进行了描述。尤其是LanI蛋白，通过阻止细菌素分子通过将它们推回而插入膜中形成孔，从而为生产细胞提供免疫力，从而控制膜中细菌素的浓度[3]。

微生物生长培养基的性质和组成会影响细菌素的产量在Goh和Phillip的一项研究中，使用MRS培养基从Weisellaconfusa产生了一种称为Weisellicin的细菌素。细菌素在培养8小时后开始形成，并在18小时内达到最佳产量。细菌素的抗菌活性在生长18至24小时之间持续，温度和pH值都必须针对细菌素的生产进行优化。

三、乳酸菌细菌素的应用

1.乳酸菌细菌素在果蔬制品方面的应用

水果和蔬菜产品通常含糖量高，水分含量也较高，不易保存，是大多数真菌生长的天然培养基。果蔬制品加工时为了保护其口感和营养价值，大多不能进行强力热杀菌处理。因此利用乳酸菌产生的细菌素作为防腐剂来保存水果和蔬菜的新鲜也是很好用的保质方法。

使用乳酸菌发酵处理是保存水果和蔬菜的传统方法。根据研究发现，水果和蔬菜在发酵的过程中，乳酸菌不仅能产生乳酸、双氧水和CO2等抗菌物质，另外细菌素也有很强的抗菌作用。细菌素现在常被用来当做防腐剂，它安全无毒，性质稳定，近些年来，已经被大量应用到果蔬防腐剂。

2.乳酸菌细菌素在生物制药方面的应用

目前，乳酸菌细菌素，应用在药物开发方面极具前景。由于乳酸菌细菌素，对于大多数病原体起到非常好的抑制作用，并且细菌素在现实中有很多方法可以产生，其稳定行好，对于人体细胞没有不良作用，也被生物制药产业广泛应用。

结束语

近年来，随着研究人员对乳酸菌产生的大量新型细菌素进行了分离、鉴定、研究，乳酸菌细菌素已广泛应用于抑菌添加剂、功能药物、保健食品和化妆品等领域。

参考文献

[1] 李萍，龙春昊，赵轩等.Ⅱ类细菌素的生物合成及其在食品领域的应用[J].中国食品学报，2021，21（10）：269-286.

[2] 张晓宁，尚一娜，陈境，霍麒文，李明慧，杨姝玉，邢叶妮，王俊国.乳酸菌细菌素的作用机制及在肉制品中的应用[J].食品研究与开发，2018，39（11）：192-199.

[3] 丹彤，张和平.乳酸菌细菌素的分类、生物合成及其应用[J].中国乳品工业，2013，41（03）：29-32.