鼠李糖乳杆菌胁迫应答机制的研究

【摘要】近年来,随着乳酸菌的特殊生理活性和营养功能被不断发现,有关乳酸菌的研究愈受到重视。鼠李糖乳杆菌作为最常见并被广泛应用的模式益生菌,研究其受环境的应激能力将对益生菌工业应用及发挥其性能具有指导意义。本研究首先从台湾的益生产品中筛选出一株鼠李糖乳杆菌(LactobacillusrhamnosusZY)以进一步开展其生长及功能研究。尽管过去对乳酸菌的生产研究都集中在发展具有低成本效益的经济型培养基,但deMan,RogosaandSharpe(MRS)培养基仍然是最被广泛应用的商业化培养基。本研究通过L27正交实验设计及分析了MRS培养基中十种成分的影响。结果得出十种成分对鼠李糖乳杆菌生物量的影响排序为：葡萄糖>MnSO4·H2O>牛肉汁>CH3COONa>MgSO4>酵母提取物>月示蛋白胨>K2HPO4>柠檬酸铵>吐温80。虽然统计分析结果表明柠檬酸铵,K2HPO4,CH3COONa和MgSO4等微量元素对生物的生长影响不显着,但后续发现微量元素的总消除显着影响乳酸菌的细胞生长。通过傅里叶变换红外(FTIR)、蛋白质电泳(SDS-PAGE)和串联式质谱(MALDI-TOFMS/MS)等分析对不同培养条件下的细胞做进一步的表征,结果显示葡萄糖作为主要碳源在培养基支撑生物生长过程中扮演了至关重要的角色。随后探索了不同金属离子胁迫下鼠李糖乳杆菌ZY的细胞生长、生理和蛋白组变化。通过透射电子显微镜(TEM)观察细胞形态、电势分析(zeta-potential)理清细胞表面属性、SDS-PAGE和串联MS/MS探索细胞蛋白质组等结果阐明金属离子的胁迫机制。研究结果表明,金属钙明显刺激鼠李糖乳杆菌ZY的生长,并导致细胞的形态由长链状转变为短链,同时引发了细胞内chaperoninGroEL的超表达。此外,后续对钙胁迫后鼠李糖乳杆菌耐酸性、口腔定殖能力、热应力和冷应激等的研究表明钙离子在乳酸菌的科学研究及工业应用上具有广大的发展前景。最后本文研究了鼠李糖乳杆菌在乙醇与钙的复合胁迫下生长、生理和蛋白质组等方面的反应。研究所用胁迫策略为将鼠李糖乳杆菌置于添加不同胁迫因素的MRS培养基中：(ⅰ)10mM氯化钙,(ⅱ)8%(v/v)乙醇和(ⅲ)10mM氯化钙和8%(v/v)乙醇,于37℃静置培养12h。之后,通过透射电子显微镜(TEM),红外光谱,细胞表面电势,SDS-PAGE以及串联质谱分析等对细胞形态、表面性质和蛋白质组进行进一步的研究。TEM结果表明,钙和乙醇有对鼠李糖乳杆菌的表面形态都有重大的影响。钙处理后的细胞均呈短杆状且细胞表面发生规则性突起相较于正常与乙醇胁迫后表面的不规则凹陷,而复合胁迫后细胞表面则调整到相对光滑。此外,红外光谱和细胞表面电势分析都表明,不同胁迫下的细胞表面属性存在一定差异。蛋白分析结果表明,应激蛋白(ChaperoninGroELandDnaK)、糖代谢相关蛋白(磷酸丙酮酸水合酶,磷酸转酮酶,丙酮酸激酶,甘油醛-3-磷酸脱氢酶,乳酸脱氢酶)、核酸代谢相关蛋白(DNA聚合酶Ⅲβ亚基)及常见的群感效应相关蛋白(ElongationfactorTu)等参与了鼠李糖乳杆菌的乙醇及钙胁迫应激。基于以上结果,进一步的探索发现乙醇及钙胁迫对鼠李糖乳杆菌有热交叉保护效应,最终发现复合胁迫的热交叉保护效果远优于乙醇的单因子胁迫。本研究结果为日后益生菌的胁迫应激与应用提供理论及实践依据。
【作者】张钰；
【导师】姚传义；吴意珣；
【作者基本信息】厦门大学，化学工程，2014，硕士
【关键词】鼠李糖乳杆菌；离子胁迫；正交实验；透射电镜；细胞表面电势；乙醇胁迫；蛋白质组学；

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