背景及概述[1][2]
枯草芽孢桿菌是芽孢桿菌屬的代表種，細(xì)胞直桿狀，很少成鏈，染色均勻。借周生鞭毛運(yùn)動(dòng)。革蘭陽(yáng)性。芽孢橢圓或圓筒狀，壁厚，位于細(xì)胞的中央或近中央。瓊脂培養(yǎng)基上的菌落呈圓形或不規(guī)則，表面色暗，不透明，有皺褶，可變?yōu)槟逃蜕蜃厣?。?dāng)瓊脂表面濕潤(rùn)時(shí)，菌落易于擴(kuò)散。在瓊脂表面生長(zhǎng)的菌苔在液體中不易擴(kuò)散。在液體培養(yǎng)中表面形成暗色、皺褶和完整的菌膜，菌液輕度混濁或不混濁。在特殊情況下，在菌落及其附近的培養(yǎng)基中，可以產(chǎn)生色素，這些色素被鑒定為黑色素。在許多菌株中，色素為棕色或紅色，少數(shù)為橙色或黑色。每種色素的產(chǎn)生取決于培養(yǎng)基的組成。在基礎(chǔ)培養(yǎng)基生長(zhǎng)時(shí)不需要維生素，可以葡萄糖和銨鹽作為唯一的碳源和氮源。主要營(yíng)有氧呼吸，在含有葡萄糖的復(fù)雜培養(yǎng)基中可進(jìn)行無(wú)氧呼吸，但其生長(zhǎng)和發(fā)酵都很弱，主要產(chǎn)物為2，3-丁二醇、乙酰甲基甲醇和CO2。其分布廣泛，可從干草和土壤中分離到，能分泌多種胞外酶，參與動(dòng)植物殘?bào)w的早期分解，所產(chǎn)生的蛋白酶、果膠酶和淀粉酶等已廣泛用于酶制劑生產(chǎn)，能產(chǎn)生枯草菌素等幾種抗生素。
產(chǎn)生抗菌活性物質(zhì)[1]
1945年，人們首次發(fā)現(xiàn)枯草芽孢桿菌可以產(chǎn)生抗菌活性物質(zhì)。目前，根據(jù)抗菌物質(zhì)的合成途徑，可將其分為核糖體合成途徑和非核糖體合成途徑兩大類。
1 非核糖體合成途徑
此途徑合成的抗菌物質(zhì)是微生物的次級(jí)代謝產(chǎn)物， 多在菌體的衰亡期合成， 通過(guò)酶合成系統(tǒng)中的非核糖體肽合成酶（NRPSs）催化。大多是低分子量的（300到 3000Da）脂肽類抗生素、 小分子量抗菌脂肽等。脂肽類抗生素目前研究較多，具有毒性小、可被降解、不污染環(huán)境、 耐酸堿等獨(dú)特的理化特性。目前為止人們研究的比較透徹的脂肽類抗生素主要有伊枯草菌素、 表面活性素、 芬枯草菌素三大類。
1.1 伊枯草菌素
伊枯草菌素（iturin）在 1957年次被分離出來(lái)。它由7個(gè)α-氨基酸和 1個(gè)碳原子數(shù)為 14-17的 β-氨基酸脂肪酸鏈（β-AA）組成， 其中必含有 D-Tyr 及一個(gè)穩(wěn)定的手性順序 LDDLLDL。根據(jù)其氨基酸排列順序不同可分為 Iturin A、B、C、 D、 E，桿菌霉素 Bacillomycin D、 L、 F，抗霉枯草菌素 mycosubtilin等。其對(duì)細(xì)胞膜的破環(huán)是通過(guò)在真菌細(xì)胞膜上形成小孔，使離子從小孔中通過(guò)使膜的通透性發(fā)生變化實(shí)現(xiàn)的，但其中 Iturin A則是通過(guò)使酵母細(xì)胞膜變性從而影響酵母的正常生長(zhǎng)規(guī)律。
另一種在伊枯草菌素中研究最多且應(yīng)用最廣的為桿菌霉素Bacillomycin D，它首次在 1948年被人們發(fā)現(xiàn)。因具有抗腫瘤、抗病原真菌、 抗黃曲霉、 毒性小、無(wú)交叉耐藥性等特點(diǎn)備受研究人員的關(guān)注。它是目前唯一從枯草芽孢桿菌中分離出的一類能夠高度抑制黃曲霉的物質(zhì)。Moyne通過(guò)研究得出枯草芽孢桿菌合成 Bacillomycin D 是由 4 個(gè)開放閱讀框組成并共同編碼多酶復(fù)合體后， 經(jīng)非核糖體途徑合成出的。
1.2 表面活性素
表面活性素（surfactin）為一種環(huán)狀脂肽， 由 β-羥基脂肪酸一邊的羥基與 7肽的肽鏈末端的 N端氨基酸結(jié)合成酰胺鍵，另一邊與 C 端的羧基結(jié)合形成酯鍵，從而形成一個(gè)大的內(nèi)脂環(huán)的結(jié)構(gòu)。它的長(zhǎng)鏈脂肪酸的尾部能夠滲入到細(xì)胞膜的內(nèi)部，從而改變細(xì)胞膜的滲透性擾亂其系統(tǒng)從而破壞或溶解細(xì)胞膜。它是目前發(fā)現(xiàn)的最強(qiáng)的生物表面活性劑， 具有抗菌及抗病毒特性。又因其耐高溫、 酸堿、 高鹽；無(wú)毒害、易生長(zhǎng)；可與生物分子直接作用產(chǎn)生抗?jié)?、抗炎、降膽固醇的功效等特點(diǎn)，在食品、醫(yī)藥、生物防治等領(lǐng)域有著巨大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>
1.3 芬枯草菌素
芬枯草菌素（fengycin）首次在枯草芽孢桿菌 F29-3 中被發(fā)現(xiàn)，其相對(duì)分子質(zhì)量約為 1500。通常由含有 13~17個(gè)碳原子的β-羥基脂肪酸鏈和肽鏈通過(guò)酯鍵結(jié)合而成。其中肽鏈先自身成環(huán)，β-羥基脂肪酸并不參與成環(huán)，肽鏈上第十位 Ile的羧基與第三位 Tyr的羥基通過(guò)內(nèi)酯鍵成環(huán)， 后在與 β-羥基脂肪酸鏈結(jié)合。芬枯草菌素中較常見的有 fengycinA、 B及制磷脂菌素（plipstatin）。其中 fengycin A 的肽鏈上的六號(hào)位置的為 Ala， fengycin B 則為Val。研究發(fā)現(xiàn)芬枯草菌素具有很強(qiáng)的抗絲狀真菌及抗腫瘤活性。它的雙親分子的理化性質(zhì)使得它對(duì)脂質(zhì)雙分子有很強(qiáng)的親和力， 可通過(guò)改變生物膜的結(jié)構(gòu)或使通透性起到抗菌的作用。
2 核糖體合成途徑
核糖體途徑合成的抗菌物質(zhì)分子量較大，合成于菌體的核糖體中，可利用菌體中的氨基酸合成出一些蛋白質(zhì)或多肽類物質(zhì)。合成的過(guò)程多發(fā)生在菌體對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期。常見的有細(xì)菌素、一些酶以及活性蛋白質(zhì)等。
2.1 細(xì)菌素
細(xì)菌素（bacteriocin）是一種環(huán)狀結(jié)構(gòu)類蛋白質(zhì)， 在芽孢桿菌在對(duì)數(shù)生長(zhǎng)時(shí)期尚未形成芽孢時(shí)產(chǎn)生的，它可被蛋白酶降解。具有熱穩(wěn)定性、耐強(qiáng)堿、水溶解性好等特點(diǎn)。陳雪等研究發(fā)現(xiàn)她們篩選得到的枯草芽孢桿菌 C119所產(chǎn)生的細(xì)菌素具有廣譜的抑菌活性。目前它被普遍認(rèn)為是抗生素最有效的替代物，如今被用于食品、 化妝品等領(lǐng)域， 具有遠(yuǎn)大的應(yīng)用前景。細(xì)菌素的作用機(jī)理尚未明確， 但大部分研究者認(rèn)為它是通過(guò)對(duì)靶細(xì)胞的細(xì)胞壁或是細(xì)胞膜進(jìn)行破壞從而起作用。
2.2 細(xì)胞壁降解酶
此類物質(zhì)包括幾丁質(zhì)酶、β-1,3葡聚糖酶和乙?；被咸擒彰傅纫恍┛山到饧?xì)胞壁的酶類。
2.3 抗菌活性蛋白質(zhì)
有些枯草芽孢桿菌還可產(chǎn)生一些具有活性的抗菌蛋白質(zhì)，這些蛋白質(zhì)的抑菌機(jī)理為破壞細(xì)胞壁造成菌絲的變形，使孢子發(fā)芽異常， 抑制它的生長(zhǎng)繁殖。目前將編碼這種抗菌蛋白的基因轉(zhuǎn)入植物體內(nèi)讓植物體表現(xiàn)出相應(yīng)的抗菌性現(xiàn)在是研究的重點(diǎn)之一。
主要參考資料
[1] 中國(guó)農(nóng)業(yè)百科全書·生物學(xué)卷
[2]王曉彤,金黎明,宮小明,郝苗,權(quán)春善,趙晶,侯熙彥.枯草芽孢桿菌產(chǎn)生的抗菌物質(zhì)的研究進(jìn)展[J/OL].輕工科技,2018(11):14-15[2018-12-12].