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大量研究表明,能够作为人类胃肠道中益生菌的乳酸菌具有降低胆固醇、抗氧化、增强免疫力、抗肿瘤等重要生物学功能。众所周知,益生菌在宿主体重的存活数量越多,其对宿主提供的益处也随之加大。为了使乳酸菌能够通过上消化道以大量的存活菌到达肠道,有必要提高其对胆盐的抗性。除此之外,乳酸菌在应用过程中,还会受到渗透压胁迫、低温胁迫、抗生素胁迫等,这些胁迫严重降低了乳酸菌的细胞活性,因此如何提高乳酸菌对环境胁迫的抗性成为一个重要的研究热点。前期研究发现,表达外源谷氨酰胺转氨酶基因(mtg)的乳酸乳球菌NZ9000(pFL010)的细胞壁明显比对照菌乳酸乳球菌NZ9000(pNZ8148)的厚。有文献报道,细胞壁增厚可能有助于提高细胞对抗菌物质的抗性。基于以上分析,本研究对比了FL010菌株和8148菌株胆盐抗性的差异,探索了这种差异与细胞壁增厚以及谷氨酰胺转氨酶之间的关联,并研究了外源添加谷氨酰胺转氨酶对不同乳酸菌菌株胆盐胁迫抗性、红霉素胁迫抗性、NaCl胁迫抗性以及低温胁迫抗性的影响。研究结果如下:(1)液体稀释平板菌落计数法和分光光度计比浊法都可用来衡量胆盐抗性,前者可以定量,但是容易产生误差;后者方便快捷,数据平行性较好。FL010菌株能耐受20%的胆盐胁迫(最低耐受率为38.35%),8148菌株只能耐受0.04%胆盐胁迫(最低耐受率为10.77%),可见两者胆盐抗性差异很大。(2)谷氨酰胺转氨酶抑制剂-胱胺添加在培养基中对FL010菌株的生长有明显的抑制作用,12 mM胱胺实验组比未添加胱胺的对照组耐受率降低了50%左右,并且耐受率随着胱胺浓度的增大而下降,而胱胺对8148菌株的生长却没有影响;胱胺处理后的FL010菌株的胆盐胁迫抗性明显下降,8148菌株的胆盐胁迫抗性在胱胺处理前后并无差异;FL010菌株的同步培养结果显示幼龄细胞胆盐耐受率为52.79%,明显低于老龄细胞的74.07%,表明FL010菌株胆盐抗性与其表达的谷氨酰胺转氨酶基因有关。在培养基中添加谷氨酰胺转氨酶可以明显增加8148菌株胆盐抗性。(3)透射电镜观察发现,添加9 U/mL谷氨酰胺转氨酶培养后的8148菌株的细胞壁相对于未经酶液处理的厚,18 mM胱胺处理后的FL010菌株细胞壁比未处理的薄。(4)细胞壁肽聚糖组分氨基酸分析表明,8148菌株每mg细胞壁肽聚糖中含有谷氨酰胺6.02μg和赖氨酸51.6μg,植物乳杆菌YL菌株每mg肽聚糖中含13.36μg谷氨酰胺和19.05μg赖氨酸,乳酸乳球菌NFL菌株细胞壁肽聚糖中不含谷氨酰胺,只有赖氨酸,含量为64.62μg/mg肽聚糖。在培养基中添加谷氨酰胺转氨酶可以提高植物乳杆菌YL的胆盐抗性,但不能提高乳酸乳球菌NFL菌株的胆盐抗性,表明细胞壁肽聚糖中含谷氨酰胺和赖氨酸的乳酸菌也可以采用添加谷氨酰胺转氨酶的方法提高胆盐胁迫抗性。(5)添加谷氨酰胺转氨酶后,8148菌株提高了对红霉素的抗性,在0.5 mg/mL的红霉素胁迫1 h和2 h的耐受率分别提高了1.95倍和9.58倍。(6)FL010菌株、8148菌株和植物乳杆菌YL菌株在不同浓度NaCl中敏感度不同。胱胺能显著降低FL010菌株在含NaCl培养基中生长的最高生物量,但是对8148菌株基本没有影响。添加谷氨酰胺转氨酶能提高8148菌株和植物乳杆菌YL菌株对NaCl胁迫的耐受率。(7)4℃低温胁迫下8148菌株和植物乳杆菌YL菌株的耐受率较-20℃低温胁迫的高,添加谷氨酰胺转氨酶对两菌株低温胁迫抗性有一定的提高作用。综上所述,对于细胞壁肽聚糖中含有谷氨酰胺和赖氨酸的乳酸菌,在培养基中添加谷氨酰胺转氨酶可以提高其环境胁迫抗性。