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贝莱斯芽孢杆菌(Bacillus velezensis)菌株Tu-569是从兔肠道中筛选出的对大肠埃希氏菌(Escherichia coli)、金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)、福氏志贺菌(Shigella flexneri)、肠炎沙门氏菌(Salmonella enterica)等动物致病菌有较强抑制作用的芽孢杆菌。现将Tu-569菌株作为出发菌株进行紫外-微波诱变选育,以获得抑菌能力更高且遗传稳定的突变菌株。通过观察变异菌株的菌落和菌体形态,以生理生化试验和API50CH细菌鉴定条综合评测高产菌株生理生化特性。除不产接触酶、可耐受10%和15%的NaCl、可利用D-半乳糖和D-塔格糖外,T-70-1菌株的其余生理生化特性与Tu-569菌株均相同。与原菌株Tu-569相比,T-70-1菌株抗菌肽抑菌活性增加了1.74倍;连续传代十次后,T-70-1突变株抑菌效果仅降低了5.6%。最终获得了1株抑菌能力更强、遗传稳定的变异菌株T-70-1。
对影响T-70-1菌株产抗菌肽的碳源、氮源、无机盐进行单因素试验以选择合适的种类,利用SPSS软件设计正交试验对菌株T-70-1产胞外抗菌肽发酵条件进行优化,以确定最优发酵条件。结果表明,T-70-1菌株产抗菌肽最优发酵条件为:葡萄糖2.5%、蛋白胨2.0%、MgSO4·7H2O0.08%、KC10.1%,初始pH值为6.5,接种量为4.0%,装液量为30mL/250mL,摇床转速180r·min-1,30℃发酵培养32h。最优发酵条件下相应的抑菌圈面积增大至525.5mm2,较优化前增幅达60.7%。获得了最优的发酵条件,显著提高了T-70-1菌株产抗菌肽的能力。
为了获得T-70-1菌株抗菌肽适宜的提取方法,以抑制大肠埃希氏菌活性为指标,比较了不同提取方法的效果;通过不同截留分子量的透析袋处理菌株发酵液盐析溶解物,推测了该抗菌肽分子量的大致范围;采用不同的蛋白酶、pH、温度、离子种类及浓度、表面活性剂、变性剂处理该抗菌肽,以考察抗菌肽的稳定性和敏感性;以大肠埃希氏菌(E.coli)、金黄色葡萄球菌(S.aureus)、福氏志贺菌(S.flexneri)、肠炎沙门氏菌(S.enterica)、芸薹链格孢菌(Alternaria brassicicola)、恶疫霉菌(Phytophthora cactorum)、尖孢镰刀菌(Fusarium oxysporum)、禾谷镰刀菌(Fusarium graminearum)为病原指示菌,测定了该抗菌肽的抑菌谱。结果表明,当硫酸铵饱和度达到70%时,抑菌圈面积为361.7mm2,抑菌活性最大;采用盐酸沉淀甲醇提取时,抑菌圈面积为178.9mm2;这两种提取方法中硫酸铵盐析的效果更好。透析处理的结果表明该抗菌肽的分子量在3.5~8.0kDa之间。该抗菌肽分别采用高浓度(5000U/mL)的胰蛋白酶、胃蛋白酶处理120min后,仍分别具有62.4%、49.1%的抑菌活性。该抗菌肽在pH7.0时抑菌活性最高,在pH3.0~9.0的范围内,有较高的抑菌活性,说明该抗菌肽对于pH稳定性较好。T-70-1菌株胞外产抗菌肽耐受高温,经100℃加热60min后,抑菌圈面积仅降低了30.1%,说明该抗菌肽耐热性良好。低浓度(25mg/mL)的Zn2+、Mn2+会显著促进抗菌肽的抑菌活性,阴离子种类对抗菌肽活性无显著影响。SDS、CTAB、巯基乙醇可以使该抗菌肽变性失活,EDTA可以增强抗菌肽的抑菌活性。综上,推测该抗菌肽为抗菌蛋白类物质,具有广谱抑菌活性,抑菌活性较为稳定。
为了获得T-70-1菌株发酵产抗菌肽小试生产的最佳条件,考察了转速、通气量、装液量和罐压对发酵液抑菌活性的影响,设计正交试验优化5L发酵罐的发酵条件;在5L发酵罐最优发酵条件的基础上,以发酵通气率不变为原则,探索发酵时间对30L发酵罐发酵效果的影响。结果表明,5L发酵罐的最优发酵条件为:通气量为2.00L/min,压强为0.05MPa,转速为180r·min-1,装液量为40%;此时发酵液上清对应的抑菌圈面积为394.3mm2。当放大至30L发酵罐时,对应的发酵条件为:装液量20L,通气量为1.2m3/h,压强0.05MPa,转速为180r·min-1,抑菌圈面积可达到465.8mm2。实现了从5L发酵罐到30L发酵罐的放大。
为了构建T-70-1菌株抗菌肽的分离纯化方法,以抑菌活性为指标,采用硫酸铵盐析法粗提抗菌肽,利用Superdex200(16×150mm)凝胶色谱柱和Capto Q(16×150mm)强阴离子交换色谱柱对粗提物进行分离,并以Tricine-SDS-PAGE检测目的抗菌肽的大小。结果表明,20L发酵液经70%硫酸铵盐析后获得了37.4g粗蛋白;经凝胶色谱分离后,得到2个组分S-1-1和S-1-2;组分S-1-1经检测含有淀粉酶、蛋白酶和纤维素酶;组分S-1-2有抑菌活性。S-1-2组分经强阴离子交换色谱分离后,得到5个洗脱峰,其中组分Q-3和组分Q-4有抑菌活性。收集有较高抑菌活性的组分Q-4,除盐浓缩,经Tricine-SDS-PAGE检测,目的抗菌肽的分子量约7.6kDa。构建了该抗菌肽的分离纯化方法,为该抗菌肽结构的测定和抑菌机制的研究奠定了基础。
对影响T-70-1菌株产抗菌肽的碳源、氮源、无机盐进行单因素试验以选择合适的种类,利用SPSS软件设计正交试验对菌株T-70-1产胞外抗菌肽发酵条件进行优化,以确定最优发酵条件。结果表明,T-70-1菌株产抗菌肽最优发酵条件为:葡萄糖2.5%、蛋白胨2.0%、MgSO4·7H2O0.08%、KC10.1%,初始pH值为6.5,接种量为4.0%,装液量为30mL/250mL,摇床转速180r·min-1,30℃发酵培养32h。最优发酵条件下相应的抑菌圈面积增大至525.5mm2,较优化前增幅达60.7%。获得了最优的发酵条件,显著提高了T-70-1菌株产抗菌肽的能力。
为了获得T-70-1菌株抗菌肽适宜的提取方法,以抑制大肠埃希氏菌活性为指标,比较了不同提取方法的效果;通过不同截留分子量的透析袋处理菌株发酵液盐析溶解物,推测了该抗菌肽分子量的大致范围;采用不同的蛋白酶、pH、温度、离子种类及浓度、表面活性剂、变性剂处理该抗菌肽,以考察抗菌肽的稳定性和敏感性;以大肠埃希氏菌(E.coli)、金黄色葡萄球菌(S.aureus)、福氏志贺菌(S.flexneri)、肠炎沙门氏菌(S.enterica)、芸薹链格孢菌(Alternaria brassicicola)、恶疫霉菌(Phytophthora cactorum)、尖孢镰刀菌(Fusarium oxysporum)、禾谷镰刀菌(Fusarium graminearum)为病原指示菌,测定了该抗菌肽的抑菌谱。结果表明,当硫酸铵饱和度达到70%时,抑菌圈面积为361.7mm2,抑菌活性最大;采用盐酸沉淀甲醇提取时,抑菌圈面积为178.9mm2;这两种提取方法中硫酸铵盐析的效果更好。透析处理的结果表明该抗菌肽的分子量在3.5~8.0kDa之间。该抗菌肽分别采用高浓度(5000U/mL)的胰蛋白酶、胃蛋白酶处理120min后,仍分别具有62.4%、49.1%的抑菌活性。该抗菌肽在pH7.0时抑菌活性最高,在pH3.0~9.0的范围内,有较高的抑菌活性,说明该抗菌肽对于pH稳定性较好。T-70-1菌株胞外产抗菌肽耐受高温,经100℃加热60min后,抑菌圈面积仅降低了30.1%,说明该抗菌肽耐热性良好。低浓度(25mg/mL)的Zn2+、Mn2+会显著促进抗菌肽的抑菌活性,阴离子种类对抗菌肽活性无显著影响。SDS、CTAB、巯基乙醇可以使该抗菌肽变性失活,EDTA可以增强抗菌肽的抑菌活性。综上,推测该抗菌肽为抗菌蛋白类物质,具有广谱抑菌活性,抑菌活性较为稳定。
为了获得T-70-1菌株发酵产抗菌肽小试生产的最佳条件,考察了转速、通气量、装液量和罐压对发酵液抑菌活性的影响,设计正交试验优化5L发酵罐的发酵条件;在5L发酵罐最优发酵条件的基础上,以发酵通气率不变为原则,探索发酵时间对30L发酵罐发酵效果的影响。结果表明,5L发酵罐的最优发酵条件为:通气量为2.00L/min,压强为0.05MPa,转速为180r·min-1,装液量为40%;此时发酵液上清对应的抑菌圈面积为394.3mm2。当放大至30L发酵罐时,对应的发酵条件为:装液量20L,通气量为1.2m3/h,压强0.05MPa,转速为180r·min-1,抑菌圈面积可达到465.8mm2。实现了从5L发酵罐到30L发酵罐的放大。
为了构建T-70-1菌株抗菌肽的分离纯化方法,以抑菌活性为指标,采用硫酸铵盐析法粗提抗菌肽,利用Superdex200(16×150mm)凝胶色谱柱和Capto Q(16×150mm)强阴离子交换色谱柱对粗提物进行分离,并以Tricine-SDS-PAGE检测目的抗菌肽的大小。结果表明,20L发酵液经70%硫酸铵盐析后获得了37.4g粗蛋白;经凝胶色谱分离后,得到2个组分S-1-1和S-1-2;组分S-1-1经检测含有淀粉酶、蛋白酶和纤维素酶;组分S-1-2有抑菌活性。S-1-2组分经强阴离子交换色谱分离后,得到5个洗脱峰,其中组分Q-3和组分Q-4有抑菌活性。收集有较高抑菌活性的组分Q-4,除盐浓缩,经Tricine-SDS-PAGE检测,目的抗菌肽的分子量约7.6kDa。构建了该抗菌肽的分离纯化方法,为该抗菌肽结构的测定和抑菌机制的研究奠定了基础。