布氏乳杆菌PG—7去除胆固醇和抗氧化能力的研究

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  摘要:从糖蒜中筛选分离到的一株具有降胆固醇和抗氧化能力的产乳酸菌株PG-7,该菌对胆固醇的去除率为581%,对DPPH自由基和超氧自由基的清除率分别为917%和162%。克隆了PG-7的16S rDNA序列,并以其同源性为基础构建了相关属种的系统发育树。结果表明,该菌16S rDNA序列全长1 638 bp,BLAST显示该菌株与乳杆菌属同源;PG-7菌株在进化关系上与布氏乳杆菌属(Lactobacillus buchneri)聚成一族。将其鉴定为布氏乳杆菌属,命名为:Lactobacillus buchneri PG-7。
  关键词:乳酸菌;胆固醇;抗氧化;系统发育分析
  中图分类号:Q939.9文献标识号:A文章编号:1001-4942(2013)01-0100-04
  传统发酵食品已成为现代生活重要的健康食品。乳酸菌是发酵食品的最主要菌群,发酵食品的功能与乳酸菌密切相关。乳酸菌也是最重要的益生菌资源,国内外研究表明乳酸菌益生菌菌株具有抗氧化能力和去除胆固醇能力,乳酸菌等益生菌延缓衰老的机制主要是通过改善肠道微生态平衡、清除内自由基实现的[1~6]。张天博等(2007)[7]评价了52株乳酸菌的抗氧化能力,并对其中3株具有较强清除DPPH自由基能力的菌株进行了羟基自由基和超氧阴离子自由基清除能力研究,结果表明,同一菌株对不同种类自由基清除能力不同,乳酸菌的细胞和无细胞提取物对自由基的清除能力亦不同。张江巍等(2005)[8]进行了30株乳酸菌清除DPPH自由基和抗亚油酸过氧化能力的实验,从中筛选出两株抗氧化活性较强的乳酸菌株,并研究了其无细胞提取物对Fe2+螯合能力、超氧自由基和羟基自由基清除能力和菌株SOD活性。糖蒜作为我国传统发酵食品,腌制期间的乳酸菌功能对糖蒜的风味和功能具有重要影响,但有关这方面的报道较少。本实验研究了分离于市售糖蒜的一株产乳酸细菌的体外胆固醇去除能力及抗氧化能力,并进行了系统发育分析,为研究健康食品的作用机制提供了理论依据。
  1材料与方法
  11供试材料
  菌株PG-2、PG-4、PG-7和PG-8从市售糖蒜分离得到,革兰氏阳性,产乳酸,本实验室保存。
  12菌体及无细胞提取物的制备
  保藏菌种经过传代活化后,以质量分数为3%接种量接种于MRS液体培养基,37℃静置培养18 h,3 000 r/min,离心15 min,收集菌体。离心后的菌体用pH值为74的磷酸缓冲溶液(PBS)洗涤3次,重新悬浮于磷酸缓冲溶液中,调整菌数至109 cfu/ml,用作菌体实验用。将109 cfu/ml菌体液超声波冰浴破碎,细胞残骸于10 000 r/min离心10 min,上清液即为无细胞提取物。
  13胆固醇去除测定
  参照Brashears等(1998)[9]的方法,并略有改进。样品预处理:取2 ml培养液,5 000 r/min离心7 min。取1 ml上清于离心管中,加入9 ml无水乙醇,振荡处理5 min,10 000 r/min离心10 min。取2 ml上清加入2 ml P-Fe-S试剂,冰浴混匀反应30 min。测OD550。试验菌种活化后接种于MRS培养基,37℃培养过夜,作为种子液。将种子液接种于含5%蛋黄液的MRS培养基中,每瓶取2 ml用来测定初始培养基中胆固醇含量,37℃培养24 h后再次测定培养基中胆固醇含量,计算胆固醇去除率。
  14二苯代苦味酰基(DPPH)自由基测定
  DPPH 溶于无水乙醇,反应时1 ml提取液加1 ml浓度为02 mmol/L的DPPH,室温下静置30 min后,在517 nm处测吸光度变化[7]。
  DPPH·的清除率(%)=[1- (A1-A2)/A3]×100
  式中:A1表示未加样品的DPPH 溶液的原始吸光度;A2表示样品在测定波长时的本身吸光度;A3表示加样后DPPH溶液的吸光度。
  15超氧阴离子自由基(O-·2)测定
  反应体系包括浓度为150 mmol/L的Tris-HCl(pH82)、浓度为3 mmol/L的二乙三胺五乙酸、浓度为12 mmol/L邻苯三酚和05 ml样品,总反应体积为35 ml。25℃恒温水浴反应10 min,测OD325[8]。
  O-·2清除率(%)=〔1-(A11-A10)/(A01-A00)〕×100
  式中: A00为不含样品和邻苯三酚;A01为不含样品,含邻苯三酚;A10为含样品,不含邻苯三酚;A11为含样品和邻苯三酚。
  1616S rDNA基因的克隆、测序
  菌株基因组DNA的提取参照《精编分子生物学指南》[10]的方法,略有改动。扩增细菌16S rDNA通用引物:上游P1:5′-AGAGTTTGATCCTGGCTCAG-3′;下游P2:5′-TACGGCTACCTTGTTACGACT-3′。以菌株基因组为模板,P1、P2为引物,PCR扩增16S rDNA。
  PCR扩增条件为:95℃ 5 min;94℃ 40 s, 55℃ 40 s, 72℃ 2 min,30个循环;最后72℃ 10 min。PCR扩增产物凝胶回收后克隆至PMD19-T载体,转化Ecoli DH5α,蓝白斑筛选,挑白色菌落提取质粒进行酶切、PCR鉴定。正确的阳性克隆测序(北京博尚生物公司)。
  17系统发育树构建
  将菌株16S rDNA序列在NCBI上与GenBank里的已知核酸序列进行Blast分析。对比同源性较高的已知菌株16S rDNA基因序列,ClustalX183[11]进行多序列比对,采用Neighbour-Joining[12]方法,通过Mega30软件构建系统发育树。重复取样1 000次进行自展值(bootstrap value)分析,以评估系统进化树拓扑结构的稳定性。   2结果与分析
  21胆固醇的去除作用
  人体内胆固醇的来源主要有两种,一是内源合成,二是外源摄取。针对内源合成,一般通过筛选能够抑制胆固醇合成限速酶HMG-CoA的物质来寻找降胆固醇的功能性物质。针对外源摄取,目前多是通过吸附吸收胆固醇来达到降胆固醇的目的。本研究的模型就是针对外源摄取而设计的。结果表明,不同株菌对胆固醇脱除作用差异较大,菌株PG-2、PG-4、PG-7和PG-8生长期间对培养基中胆固醇去除率分别为215%、923%、581%和198%,其中PG-7对胆固醇去除作用效果最好。
  22抗氧化作用
  DPPH·是一种很稳定的以氮为中心的自由基,若受试物能清除它,则表示受试物具有降低羟自由基、烷自由基或超氧自由基等自由基的有效浓度。超氧阴离子自由基(O-·2)是第一氧自由基,可以通过一系列反应生成其它氧自由基,具有重要的生物功能,并且与多种疾病密切相关。研究结果表明,4个菌株发酵液上清对DPPH·均具有很强的清除能力,PG-7菌株无细胞提取物清除DPPH·的能力最强,清除率为704%,其次是菌株PG-4,清除率为435%,菌株PG-2和PG-8的清除能力较低。菌株对O-·2的清除作用明显低于DPPH·,而且发酵液上清的清除能力高于无细胞提取物,菌株PG-7的清除能力明显高于其它菌株(表1)。本研究显示,发酵液上清的清除能力明显高于无细胞提取物,表明乳酸菌生长期间的代谢产物对清除自由基具有重要作用。
  23 PG-7菌株16S rDNA序列的PCR扩增和测序
  以提取菌株PG-7总DNA为模板,以细菌16S rDNA通用引物P1、P2为引物进行PCR扩增,得到约1 500 bp左右的特异性条带,与预期相符(图1)。
  PCR产物回收纯化后,连接PMD19-T载体,转化Ecoli DH5α。提取转化子质粒,进行EcoRⅠ 和HindⅢ双酶切鉴定。琼脂糖凝胶电泳结果显示,酶切得到两条片段,分别为载体片段(约2 700 bp)和目的片段(约为1 500 bp)(图2A),与预计相符。进一步以转化子质粒为模板,P1、P2为引物进行PCR鉴定。电泳检测显示,PCR扩增出一条与目的基因一样大小的特异性条带,约为1 500 bp(图2B)。结果表明,重组克隆质粒PMD19-16S构建成功。鉴定成功的阳性克隆,送往北京博尚生物公司进行序列测定。
  24系统发育分析
  PG-7菌株16S rDNA序列PCR扩增及测序结果表明,其16S rDNA基因全长1 638 bp。利用NCBI的BLAST进行在线比对,结果表明该菌属于乳酸杆菌属细菌。根据同源性比对结果,调出相关性最高的序列和乳酸杆菌菌属内相关菌株的16S rDNA,利用ClustalX183进行多序列比对,采用Neighbour-Joining方法,通过Mega30软件构建系统发育树(图3)。结果表明,PG-7菌与布氏乳杆菌聚在一群,其同源性均在98%~99%之间。将其鉴定为Lactobacillus buchneri PG-7。
  3讨论
  乳酸菌去除胆固醇和抗氧化能力是其保健功能的重要指标。研究表明,从传统发酵食品糖蒜中分离的乳酸菌体外去除胆固醇和抗氧化能力较强,菌株PG-7对培养基中胆固醇的清除率为581%,发酵液上清对DPPH·和O-·2的清除率分别为917%和162%,发酵液上清比无细胞提取物对自由基的清除能力更强。崔志文等(2011)[13]发现鼠李糖乳杆菌上清液具有较强的抗氧化能力。吴祖芳等(2010)[14]也曾报道菌悬液清除超氧阴离子自由基的能力高于无细胞提取物,并且通过对戊糖乳杆菌和植物乳杆菌的菌悬液及无细胞提取物抗氧化能力比较推测,乳酸菌的抗氧化能力与菌体表面的某些成分及细胞本身抗氧化机制有关。对PG-7的分子鉴定及系统发育分析表明,其属于布氏乳杆菌(Lactobacillus buchneri)。国内外有关于L buchneri 产细菌素[15]和青贮饲料发酵和需氧稳定性[16]等方面的研究,对于布氏乳杆菌去除胆固醇和抗氧化能力的报道较少。本研究对于传统发酵食品的功能开发,特别是布氏乳杆菌益生保健功能研究具有重要价值。后续的工作将开展Lactobacillus buchneri PG-7的代谢及调控机制研究,为菌株功能开发提供理论依据。参考文献:
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