【摘 要】
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共培养作为提高微生物代谢产物产量和挖掘新型抗菌物质的重要手段,在生物医药领域得到了广泛的关注。本实验室前期研究结果表明侧孢短芽孢杆菌(Brevibacillus laterosporus)BL-21和枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)HNDF2共培养液的抑菌活性明显优于纯培养液,但是共培养液中的有效成分尚未明确。因此,本课题对共培养液的有效成分和菌株的产抗基因进行了分析,明确了共培
【基金项目】
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国家自然科学基金(31370511);
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共培养作为提高微生物代谢产物产量和挖掘新型抗菌物质的重要手段,在生物医药领域得到了广泛的关注。本实验室前期研究结果表明侧孢短芽孢杆菌(Brevibacillus laterosporus)BL-21和枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)HNDF2共培养液的抑菌活性明显优于纯培养液,但是共培养液中的有效成分尚未明确。因此,本课题对共培养液的有效成分和菌株的产抗基因进行了分析,明确了共培养中存在脂肽类抗生素,在此基础上对共培养液脂肽粗提物的理化特性、抗菌特性进行了分析,并对共培养产脂肽的发酵条件进行了优化。首先对共培养液中的蛋白质进行了初步分离和鉴定,共培养液经CM-Sepharose Fast Flow离子交换层析出现两个洗脱峰,其中活性组分出现在第二个峰的前半部分。将收集的活性组分进行SDS-page电泳,分别在13 k Da和10 k Da出现了2个条带。将蛋白条带切胶酶解,酶解后的肽段经HPLC层析后进行ESI-MS分析,将质谱鉴定结果与蛋白质数据库Uniprot比对,检测出共培养液中含有NRPS/PKS结构域蛋白、myc基因编码的相关蛋白、表面活性素合成酶等相关蛋白。该结果表明在共培养液中可能存在脂肽类抗生素。为了进一步预测产生脂肽类抗生素的可能性,对B.laterosporus BL-21和B.subtilis HNDF2的产抗基因进行了检测,结果表明B.laterosporus BL-21基因组中存在伊枯草菌素和丰原素合成操纵子序列;而B.subtilis HNDF2基因组中存在伊枯草菌素、丰原素、表面活性素合成操纵子序列。从而进一步证实共培养液中的抗菌有效成分可能是脂肽类抗生素。在此基础上,通过盐酸沉淀、甲醇提取的方法得到了共培养脂肽粗提物。脂肽粗提物经TLC层析后出现四个橙红色点,符合脂肽类物质的特征。对粗提物进行全波长扫描,在215nm处的紫外吸光度最大。HPLC检测,脂肽粗提物在12.040min、13.117 min、26.755 min和31.438 min出现4个洗脱峰。对共培养液中脂肽粗提物的稳定性研究结果表明:粗提物具有较好的热稳定性和紫外稳定性,在80℃以下抑菌活性稳定;粗提物在中性及碱性条件下抗菌活性较好,在酸性条件抗菌活性呈现下降趋势;脂肽粗提物经甲醇、乙醇、乙腈等处理后,抗菌活性损失较小。共培养脂肽粗提物还具有较强的排油活性和溶血活性。抗菌研究结果表明:共培养脂肽粗提物对革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌均具有抑菌活性;对供试的十株植物病原真菌均有不同程度的拮抗作用,其中对禾谷镰刀菌(Fusarium graminearum)和杨树叶枯病菌(Alternaria solani)的抑制效果最显著,抑菌圈直径分别为20.3±1.2 mm和23.3±1.2 mm。根据毒力回归方程计算出共培养脂肽对禾谷镰刀菌菌丝体的抑菌中浓度EC50值为19.73 mg/m L;对禾谷镰刀菌孢子的最低抑菌浓度(MIC)和最低杀死浓度(MFC)分别为10 mg/m L和40 mg/m L。共培养脂肽粗提物对真菌的作用方式主要为抑制孢子萌发和菌丝体的生长,改变细胞膜渗透性,破坏其完整性,导致细胞内容物外泄,引起细胞快速死亡。对共培养产脂肽的发酵条件进行了优化,正交试验结果表明:影响脂肽产量的因素按照从强到弱分别为发酵时间、温度、转速、装液量、接种量和初始p H值,发酵条件的最优组合为:培养温度35℃、摇床转速160 r/min、接种量9%、初始p H值为6、装液量100 m L,培养72 h。该条件下获得的脂肽粗提物比初始条件提高了36.7%。这些结果为深入探讨共培养产抗的模式及开发新型微生物源杀菌剂提供了科学依据。
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