细菌胞外多糖生物活性的研究进展_赵霞
细菌胞外多糖生物活性的研究进展_赵霞
网络出版时间:2016-03-22 16:00:27网络出版地址:/kcms/detail/62.1120.R.20160322.1600.002.html细菌胞外多糖生物活性的研究进展赵霞综述,王若愚审校中国科学院寒区旱区环境与工程研究所生态与农业研究室,甘肃兰州 730000摘要:细菌胞外多糖(Exopolysaccharides,EPS)是细菌产生的一类重要的生物大分子,在许多重要生命过程中起着非常关键的作用,由于其具有多种生物活性成为近年来研究的热点。
目前,细菌EPS作为天然产物,可大量发酵提取,且可降低成本,特别是一些乳酸杆菌和海洋细菌的新型EPS被证实具有多样化结构多糖的、潜在的有益生物活性,如抗肿瘤、免疫调节和抗氧化等,其在食品、医学等领域被广泛应用。
本文就细菌EPS在生物材料和药品方面的应用、免疫调节功能、抗肿瘤活性及抗氧化活性作一综述。
关键字:细菌;胞外多糖;抗肿瘤;抗氧化;免疫调节中图分类号:Q936文献标识码:A 文章编号: DOI:Progress of bioactivities for bacterial exopolysaccharidesZHAO Xia, WANG Ruo-yuKeyLaboratory of Ecological and Agricultural Research, Cold and Arid Regions Environmental and Engineering ResearchInstitute, Chinese Academy of Sciences, Lanzhou730000,Gansu Province, ChinaCorresponding author: WANG Ruo-yu, E-mail: wangruoyu@Abstract:Bacrerial exopolysaccharides (EPS)were produced from bacteria, which is a type of large biological moleculeand takes a cruicial effect in many process of life, and becomes a hot focus in recent years because it has a variety ofbiological activities. At present the bacterial EPS as a natural product may be extracted in large quanties by thefermentation process with a reduced cost, particularly some new types EPS from Lactobacillaceae and ocean bacteria havebeen identified to having polysaccharides with multiple-structure and potential biological benefitactivities,such asanti-tumor, anti-oxidationand immuno-modulatory effects. The bacterial EPS hasbeen found an outstanding prospect infood industry and medicine.. In this paper,applications of bacteria EPSare reviewed, including in biomedicinematerials,pharmaceiticals and health preparation, .andanti-tumor, anti-oxidationand immuno-modulatory effects.Key word:Bacteria; Exopolysaccharide(EPS); Anti-tumor; Anti-oxidation; Immuno-modulation多糖是一类由醛糖或酮糖通过糖苷键连接而成的天然高分子聚合物,广泛存在于植物、真菌、藻类和细菌中。
益生菌胞外多糖的生物活性研究进展
SILIAO GONGYE 2020年第41卷第22期总第619期益生菌是在数量充足时能够给宿主带来有益影响的活性微生物。
它们通过调节肠道内菌群平衡或者调节宿主黏膜与系统免疫功能,促进营养吸收、保持肠道健康,从而产生有益作用的单微生物或组成明确的混合微生物。
传统的观念认为只有活的益生菌才能发挥其益生作用,但是越来越多的研究表明细菌所产生的代谢物在其中也扮演着不可忽略的作用。
胞外多糖(Exopolysaccharides,EPS)是由一些特殊微生物(包括藻类、细菌、真菌等)在生长代谢过程中分泌到细胞壁外的次级代谢物,是一类长链的、高分子质量的多糖,其不同的单糖组成、糖苷链接以及支链结构使其拥有不同的功能。
EPS的分类方法有多种:基于单糖组成的不同,分为同型多糖和异型多糖:同型多糖是由一种单糖聚合而成,单糖种类主要包括α-D-葡聚糖、β-D-葡聚糖、β-D-果聚糖、聚半乳糖等;异型多糖一般是由多种单糖组成的3~8个重复单元,其中重复单元组成以D-葡萄糖、D-半乳糖、L-鼠李糖、蔗糖等最为常见,有些还含有其他的成分,如:L-岩藻糖、乙酰化氨基糖(例如N-乙酰基-D-半乳糖胺)、D-核糖、D-葡萄糖醛酸和D-壬酸,以及非糖组分如甘油、磷酸盐、丙酮酰胺和乙酰基等;而基于多糖存在的位置不同又可以分为荚膜多糖和黏多糖两类,但这两类多糖结合在一起难以区分EPS最初由于其出色的流变学特性被广泛的应用于食品加工领域,但随着研究的深入,人们发现其在抗氧化、抗炎、抗肿瘤等生物活性功能研究方面也有着出色的潜力。
并且EPS作为益生菌的代谢产物,在菌体发挥功能的过程中也起着重要作用。
2020年7月1日起,我国开始饲料端全面禁抗,益生菌添加剂作为抗生素的替代品之一,对其以及代谢产物的研究也将激发新一轮的热度。
因此,本文综述了益生菌的代谢产物EPS在体内外的相关生物活性研究,为其在动物生产中进一步的应用提供参考。
1抗氧化活性活性氧(Reactive Oxygen Species,ROS)是有氧代谢以及宿主防御机制的天然副产物,并且参与已知各种生物过程。
211251927_化学修饰多糖的方法及生物活性研究进展
杨艺,赵媛,孙纪录,等. 化学修饰多糖的方法及生物活性研究进展[J]. 食品工业科技,2023,44(11):468−479. doi:10.13386/j.issn1002-0306.2022070383YANG Yi, ZHAO Yuan, SUN Jilu, et al. Research Progress on Chemical Modification Methods of Polysaccharides and Their Biological Activity[J]. Science and Technology of Food Industry, 2023, 44(11): 468−479. (in Chinese with English abstract). doi:10.13386/j.issn1002-0306.2022070383· 专题综述 ·化学修饰多糖的方法及生物活性研究进展杨 艺1,赵 媛2,孙纪录3,邵娟娟1,*(1.河北农业大学理工学院,河北沧州 061000;2.江南大学化工学院,江苏无锡 214122;3.河北农业大学食品科技学院,河北保定 071000)摘 要:多糖属于生物大分子,其生物活性取决于结构及理化性质。
研究表明,多糖的化学修饰可以使其结构多样性显著增加,提高生物活性,甚至增加新的生物活性。
本文系统综述了近年来化学修饰多糖的研究进展,包括常用的化学修饰方法、各类化学修饰对多糖分子量、理化特性或空间结构的影响、化学修饰多糖的生物活性以及化学修饰多糖在医药和食品工业中的应用前景及挑战,以期为化学修饰多糖的深入研究提供参考建议,同时为未来基于人类健康的食品医药开发提供重要的依据。
关键词:多糖,化学修饰,生物活性,结构,理化性质本文网刊:中图分类号:O629.12 文献标识码:A 文章编号:1002−0306(2023)11−0468−12DOI: 10.13386/j.issn1002-0306.2022070383Research Progress on Chemical Modification Methods ofPolysaccharides and Their Biological ActivityYANG Yi 1,ZHAO Yuan 2,SUN Jilu 3,SHAO Juanjuan 1, *(1.College of Science and Technology, Hebei Agricultural University, Cangzhou 061000, China ;2.School of Chemical and Material Engineering, Jiangnan University, Wuxi 214122, China ;3.College of Food Science and Technology, Hebei Agricultural University, Baoding 071000, China )Abstract :Polysaccharides are biological macromolecules and their biological activities depend on their structure and physicochemical properties. Studies have shown that chemical modification of polysaccharides can significantly increase their structural diversity, improve their biological activities, and even add new biological activities. This article reviews systematacially the research progress of chemical modification of polysaccharides in recent years, including frequently-used methods of chemical modification, the influence of various chemical modification on molecular weight of polysaccharides,physical and chemical properties and spatial structure, the biological activity of chemically modified polysaccharides as well as their pharmaceutical and food industrial application prospect and challenges. It is expected to offer a reference for the further research chemically modified polysaccharides and provide an important basis for the future development of food and medicine based on human health.Key words :polysaccharide ;chemical modification ;biological activity ;structure ;physicochemical property近年来,多糖在食品、医药等领域的发展一直是人们关注的热点。
乳酸菌胞外多糖的研究进展
Table 1 Structure of exopolysaccharides in some LAB
Strain
Structure repeat unit
References
Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus 291
[22]
Lactobacillus helveticus Lb161
2 乳酸菌胞外多糖的结构修饰
胞外多糖的一级结构决定它的高级结构从而影响 其功能,通过 对 其 单 糖 组 分、支 链 结 构、单 链 间 的 连 接 方式、链长 等 进 行 修 饰,就 可 以 达 到 改 造 其 功 能 的 目 的[10]。多糖的结构 修 饰 就 是 通 过 化 学、物 理 学 或 生 物 学的方法,对多糖的结构进行修饰改造,以获得更加丰 富多样的多 糖 衍 生 物,以 便 进 行 生 物 学 活 性 和 结 构 之 间相关性的研究。目前研究的主要方法有酶降解法、 化学法和基因工程法。
酶降解法是对合成期或合成后的胞外多糖进行处 理。常用的酶 有 多 糖 水 解 酶 和 裂 解 酶,多 糖 水 解 酶 可 作用于糖骨架,而裂解酶则作用于主链或支链末端[11]。 但有的胞外多糖,如乳酸乳球菌 NIZO B40 能抵抗多种 酶的降解。一 些 不 能 被 酶 水 解 的 胞 外 多 糖,可 以 用 温 和的化学试 剂 进 行 处 理,化 学 试 剂 可 以 使 胞 外 多 糖 去 酰基,解除其对裂解酶的抑制作用。对乳酸球菌 NIZO B40 胞外多糖进行酶法和化学法处理发现,两种方法的 结合大大提高了特定结构胞外多糖的获得率[12]。
目前,多 糖 的 生 产 多 集 中 于 从 植 物 中 提 取 或 利 用 真菌发酵。与 其 他 多 糖 相 比,乳 酸 菌 胞 外 多 糖 的 研 究 更具有实际价值,乳酸菌生长极为迅速[3],它的胞外多 糖提取工艺更 简 单,安 全 性 较 高、价 格 便 宜、比 其 他 微
乳酸菌胞外多糖益生功能研究进展
动物营养学报2018,30(7):2439⁃2444ChineseJournalofAnimalNutrition㊀doi:10.3969/j.issn.1006⁃267x.2018.07.001乳酸菌胞外多糖益生功能研究进展杜瑞平1㊀郭㊀帅2㊀潘㊀娜2㊀修㊀磊2㊀王丽思3(1.内蒙古农牧业科学院动物营养与饲料研究所,呼和浩特010031;2.内蒙古大学生命科学学院,呼和浩特010021;3.包头市固阳县农牧业综合行政执法大队,包头014200)摘㊀要:乳酸菌是公认的食品安全级微生物,其所产胞外多糖是乳酸菌生长代谢过程中产生并分泌于胞外的一种糖类化合物,有多种益生功能,如免疫调节㊁抗肿瘤㊁抗氧化㊁调节肠道微生态平衡等㊂目前,国内外学者对乳酸菌胞外多糖的结构㊁功能及应用进行了深入研究㊂本文综述了乳酸菌胞外多糖益生功能的国内外研究进展,并对胞外多糖的作用机制作了简要概述,同时讨论了存在的问题及未来的研究方向,旨在为乳酸菌胞外多糖在动物营养中的进一步研究和生产应用提供理论参考㊂关键词:乳酸菌;胞外多糖;益生功能中图分类号:S816㊀㊀㊀㊀文献标识码:A㊀㊀㊀㊀文章编号:1006⁃267X(2018)07⁃2439⁃06收稿日期:2017-12-28基金项目:内蒙古自然科学基金项目(2017MSLH0310);杨胜先生门生社群项目(B2016012)作者简介:杜瑞平(1979 ),女,内蒙古包头人,副研究员,博士,研究方向为反刍动物营养调控理论与技术㊂E⁃mail:duruiping1989@163.com㊀㊀乳酸菌(lacticacidbacteria,LAB)是公认的绿色安全(generallyregardedassafe,GRAS)级微生物,其在人体㊁动物㊁植物和整个自然界中广泛分布[1]㊂研究发现乳酸菌主要通过在机体肠道内定植来改善肠道微生态环境,并具有抗肿瘤㊁抗炎㊁抗过敏㊁免疫调节等生理功效[2]㊂目前的研究表明乳酸菌的上述功能可能与其次生代谢产物胞外多糖(exopolysaccharide,EPS)有关㊂自然界中产胞外多糖的乳酸菌很多,目前研究的大多数菌株是从乳及乳制品㊁传统的发酵食品㊁动物肠道中分离获得的㊂近些年来,由于消费者的需求重点向天然无残留的安全健康的食品转移,所以乳酸菌胞外多糖的性质和生理功能受到越来越多的重视㊂根据相关研究报道,乳酸菌胞外多糖已可以应用于酸奶㊁干酪乳等食品中,并作为益生元加以利用[3]㊂同时,乳酸菌胞外多糖还作为天然添加剂应用于食品㊁化工㊁医药㊁畜牧业等领域[4]㊂本文重点介绍了近些年来乳酸菌胞外多糖的益生功能及其作用机制研究进展,并对其在动物营养中的研究进展作一概述㊂1 乳酸菌胞外多糖简介㊀㊀多糖是一类由醛糖或酮糖通过糖苷键连接而成的天然高分子聚合物,广泛分布于动植物㊁真菌㊁藻类和细菌中,根据来源不同可分为动物多糖㊁植物多糖和微生物多糖(真菌多糖㊁藻类多糖和细菌多糖)㊂微生物多糖的存在形式主要包括构成微生物细胞成分的胞内多糖㊁黏附在细胞表面作为维持细胞形态的结构性多糖以及分泌到培养基中的胞外多糖[5]㊂作为细菌多糖目前的主要研究对象,乳酸菌胞外多糖是乳酸菌在生长代谢过程中合成并分泌于细胞外或渗入培养基中的多糖及其混合物,可以分为荚膜多糖和黏液多糖[6-7],又可以分为同多糖(homopolysaccharide,HoPS)和杂多糖(heteropolysaccharide,HePS)[8]㊂乳酸菌胞外多糖中单糖种类和组成比例受到菌株类型㊁培养基成分和培养条件等诸多因素的影响㊂大量研究结果表明,乳酸菌胞外多糖在帮助微生物抵御脱水㊁营养缺乏㊁噬菌体㊁渗透压㊁拮抗物和有毒物质等不利条件时发挥重要作用[9],具有抗㊀动㊀物㊀营㊀养㊀学㊀报30卷肿瘤㊁抗菌㊁抗氧化和免疫调节等生理活性[6]㊂2㊀乳酸菌胞外多糖的生理调节作用2.1㊀免疫调节作用㊀㊀乳酸菌胞外多糖的免疫调节功能主要是通过激活免疫细胞(如巨噬细胞㊁B淋巴细胞㊁T淋巴细胞等)㊁促进单核细胞吞噬能力和调控免疫细胞因子(如补体㊁白细胞介素等)的分泌来调节机体的免疫功能[10-11]㊂Kishimoto等[12]将德氏乳杆菌产生的胞外多糖作用于人的肠上皮Caco⁃2细胞和小鼠巨噬细胞RAW264.7,结果显示这2种细胞均分泌了大量的肿瘤坏死因子α(TNF⁃α)和多种细胞因子㊂Morifuji等[13]研究发现,给9周龄的小鼠连续灌胃发酵乳或者胞外多糖10d后,将小鼠背部皮肤暴露于紫外线(20mJ/cm2)中,小鼠背部皮肤无损伤,表明无论是摄入发酵乳还是胞外多糖都能显著减弱紫外线所诱导的红斑形成㊁皮肤干燥及表皮增殖㊂分子机制研究发现从乳酸菌发酵乳中分离出的胞外多糖增强了DNA的修复机制并提高了皮肤的免疫力,因而能够保护皮肤免受紫外线损伤㊂乳酸菌胞外多糖还可分为酸性胞外多糖(APS)和中性胞外多糖(NPS)[14]㊂Nishimura⁃Uemura等[15]利用保加利亚乳杆菌OLL1073R⁃1产生的NPS和APS来培养小鼠巨噬细胞J774.1,并以巨噬细胞形态以及一氧化氮(NO)㊁细胞因子的产量为指标,探究乳酸菌胞外多糖引起的巨噬细胞功能的变化,结果显示:在细胞形态方面,APS能够刺激巨噬细胞激活,而NPS几乎无刺激作用;NPS和APS均不能诱导巨噬细胞产生NO;小鼠巨噬细胞经APS刺激后细胞因子mRNA的表达量高于NPS刺激后的表达量㊂该试验结果证明该菌所产APS具有促进小鼠巨噬细胞免疫功能的作用㊂㊀㊀乳酸菌胞外多糖的免疫调节作用也可能与其分子结构有关㊂研究显示,含有磷酸基团或者硫酸基团的胞外多糖能更有效地诱导免疫细胞的增殖㊁活化或分泌细胞素类物质[16]㊂Laiño等[17]阐述了乳酸菌胞外多糖发挥免疫功能的一种新分子机制,研究中以小肠上皮细胞为模型,探究2种乳酸菌菌株产生的胞外多糖与宿主细胞的分子间相互作用,结果显示2种乳酸菌菌株产生的胞外多糖均能降低缺乏Toll样受体(TLR)细胞的炎性因子表达量;已知胞外多糖可以依赖于TLR2㊁TLR4和TLR信号通路的负调控发挥免疫作用,在此基础上,该研究还发现乳酸菌和胞外多糖以RP105/MD1途径来减少小肠上皮细胞的炎症㊂因此,从目前的研究来看,由于乳酸菌胞外多糖具有菌株特异性,不同菌株产生的胞外多糖种类㊁结构㊁分子质量等的物化差异性较大,这些差异性直接导致了这些胞外多糖具有不同的特定功能,因此,在对新分离的乳酸菌胞外多糖的功能筛选时,对其进行免疫活性的研究是非常有必要的㊂2.2㊀抗肿瘤功能㊀㊀能产生胞外多糖的乳酸菌种类有很多,其中能产生具有抗肿瘤作用的胞外多糖所对应的乳酸菌目前探明的包括嗜酸乳杆菌(Lactobacillusaci⁃dophilus)㊁唾液乳杆菌(Lactobacillussalivarius)㊁植物乳杆菌(Lactobacillusplantarum)㊁两歧双歧杆菌(Bifidobacteriumbifidum)㊁长双歧杆菌(Bifidobacteriumlongum)等20多种[18-19]㊂目前,研究者们对某些具有抗肿瘤㊁抗癌活性的乳酸菌胞外多糖展开了研究㊂Wang等[20]研究了植物乳杆菌70810所产胞外多糖对肿瘤细胞HepG⁃2㊁BGC⁃823和HT⁃29的抗肿瘤活性,结果显示,胞外多糖对3种肿瘤细胞均有较高的抑制率[依次为(56.34ʃ1.07)%㊁(61.57ʃ2.07)%㊁(88.34ʃ1.97)%],尤其是对肿瘤细胞BGC⁃823和HT⁃29㊂所以,植物乳杆菌70810所产的胞外多糖可能适合作为功能食品和天然抗肿瘤药物㊂刘鹭等[21]研究了硒化乳酸菌胞外多糖对胃癌SGC7901细胞和宫颈癌Hela细胞内游离钙离子(Ca2+)的影响,结果显示,加入胞外多糖后2种癌细胞内Ca2+荧光强度呈现持续动态下降趋势㊂其作用机制可能与胞外多糖进行硒化修饰有关,即硒化后的胞外多糖与肿瘤细胞表面受体结合,引起细胞内游离Ca2+的减少,由此说明硒化后的胞外多糖可引起肿瘤细胞发生不同程度的凋亡㊂Ismail等[22]提取了植物乳杆菌MTCC9510的胞外多糖作用于乳腺癌MCF⁃7细胞,结果发现由植物乳杆菌MTCC9510产生的胞外多糖的确对乳腺癌MCF⁃7细胞有明显的抑制作用,证明了胞外多糖的确有抗肿瘤作用㊂Wang等[23]通过噻唑蓝(MTT)法检测人结肠癌HT⁃29细胞的生长,研究了不同浓度(50㊁100㊁200㊁400和600μg/mL)和不同时间(24和72h)条件下植物乳杆菌YW32产生的胞外多糖的抗肿瘤活性,结果显示,胞外多糖的抑制活性具04427期杜瑞平等:乳酸菌胞外多糖益生功能研究进展有浓度依赖性,在胞外多糖剂量为600μg/mL时具有最高的抑制率(39.24%)㊂据Leng等[24]报道,乳酸菌胞外多糖的抗氧化和活性氧(reactiveoxygenspecies,ROS)的水平可能与癌细胞的生成与转化密切相关,高的抗氧化水平可能增强抗肿瘤活性㊂Wang等[23]推测,来源于植物乳杆菌YW32的胞外多糖的抗肿瘤活性可能与其对羟基和超氧自由基的清除能力有关,故来源于植物乳杆菌YW32的胞外多糖可以作为天然健康食品用于结肠癌的治疗㊂此外,还有文献指出抗肿瘤活性的差异可能与乳酸菌胞外多糖的组成㊁分子质量㊁分子结构以及硫酸盐的含量有关[25-26]㊂㊀㊀目前发现的乳酸菌胞外多糖抗肿瘤机制可能为以下几种:1)通过增强机体免疫力和抗氧化能力来间接实现其抗肿瘤作用;2)通过诱导肿瘤细胞凋亡来实现抗肿瘤作用;3)乳酸菌利用胞外多糖增加在肠腔内定植,从而竞争性排斥致癌病原菌在肠腔内的黏附㊂此外,产胞外多糖的乳酸菌能够降低肠道内细菌酶㊁β-葡萄糖醛酸酶等的活性,减少具有致癌作用的次级胆酸量,降低患癌的风险[27]㊂2.3㊀抗氧化功能㊀㊀氧化应激反应是指当机体处于不利环境(如病原菌感染㊁辐射刺激或有外源自由基入侵)时,活性氧平衡状态被破坏,从而引发超出正常范围的活性氧产生攻击作用,破坏细胞,诱发机体疾病,危害机体健康[28]㊂张玉龙等[29]以分离自传统发酵食品的36株乳酸菌为受试菌,筛选出8株高产胞外多糖的乳酸菌,并对它们所产的胞外多糖进行抗氧化活性的研究,测定所产胞外多糖的总还原力㊁1,1-二苯基-2-三硝基苯肼(DPPH)清除能力㊁螯合二价铁离子(Fe2+)的能力及亚硝酸根离子(NO-2)清除能力,结果显示,这8株乳酸菌所产胞外多糖均具有抗氧化活性,当胞外多糖质量浓度为30μg/mL时,乳酸菌SR2⁃2㊁SR8和SR12⁃1所产胞外多糖对Fe2+的清除率分别为15.55%㊁12.41%㊁53.21%;当胞外多糖质量浓度为40μg/mL时,乳酸菌SR2⁃2㊁SR8和SR12⁃1所产胞外多糖对DPPH和NO-2的清除率分别达9.69%和11.93%㊁8.93%和5.73%㊁7.82%和3.82%㊂Li等[30]研究了双歧杆菌WBIN03和植物乳杆菌R315所产胞外多糖的抗氧化活性,结果表明,2种胞外多糖在高浓度条件下都对DPPH和超氧自由基具有很强的清除能力,其抗氧化活性呈现出剂量依赖效应㊂㊀㊀对于胞外多糖的抗氧化机制,目前还没有确定的结论,可能的机制包括:1)多糖分子直接作用于自由基本身,或结合分解成对机体无害的产物,或发生氧化反应直接清除;2)多糖分子的螯合催化作用,自由基反应过程受阻;3)多糖分子通过提高机体抗氧化酶系活力而发挥抗氧化作用[31]㊂此外,还有报道认为分子质量可能与多糖的抗氧化活性有关,分子质量越小,抗氧化活性越强[32]㊂2.4㊀对机体肠道功能的调节作用㊀㊀乳酸菌胞外多糖主要通过改善肠黏膜的黏附㊁调节肠道微生态平衡以及为肠道供能的方式,对机体肠道起到一定的调节作用,其对肠黏膜的黏附主要依赖黏附素,包括脂磷壁酸㊁完整肽聚糖㊁表层蛋白和胞外多糖等[33],其中胞外多糖起重要作用㊂乳酸菌胞外多糖对肠道上皮细胞的黏附作用有助于其在肠道定植㊁增强乳酸菌与肠道细胞之间的信号交流㊁抑制病原菌在肠道的定植和提高机体免疫力[34]㊂乳酸菌胞外多糖增强益生菌对肠道的黏附作用主要包括特异性黏附和非特异性黏附2个途径㊂进入肠道后,乳酸菌首先依靠非特异性黏附作用在肠道表面定植,但这种黏附作用力不强,具有可逆性,其分泌的胞外多糖可以增强益生菌在肠道的黏附作用㊂乳酸菌经非特异性黏附在肠道局部聚集后,菌体接着会发挥特异性黏附作用和宿主细胞进行特异性识别与黏附[35]㊂㊀㊀Li等[36]研究了两歧双歧杆菌WBINO3对小鼠肠道微生物多样性的影响,结果显示,其所产胞外多糖能显著提高小鼠肠道内乳酸杆菌和厌氧菌的数量,抑制肠细菌㊁肠球菌和脆弱类杆菌的增殖,从而调节肠道微生态的平衡㊂研究发现乳酸菌胞外多糖到达人体结肠部位后能够被肠道菌群分解成短链脂肪酸和乳酸盐㊂Bäckhed等[37]发现由乳酸菌胞外多糖分解产生的短链脂肪酸能够为人体提供10%的能量㊂另有报道称,分子质量大(>106u)的乳酸菌胞外多糖能够抵抗体外模拟的胃液和肠液的降解,并可作为结肠发酵的基质,为结肠提供能量[38]㊂此外,也有试验发现乳酸菌胞外多糖可作为肠道菌群发酵的碳源,为菌群提供营养[39]㊂1442㊀动㊀物㊀营㊀养㊀学㊀报30卷3㊀乳酸菌胞外多糖在动物营养中的研究进展㊀㊀相比其他种类的多糖,包括乳酸菌胞外多糖在内的细菌多糖可以通过发酵生产,并具有生产周期短,不受时间㊁空间等条件限制等优点而具有广阔的发展前景和巨大的应用市场[40]㊂目前黄芪多糖㊁灵芝多糖等多种多糖添加剂已被广泛应用于畜牧和水产养殖业,很好地提高了动物机体的免疫力,增强了抗病力㊂但目前关于乳酸菌胞外多糖生理活性的研究仍主要集中于人类㊁鼠类等试验模型或者在体外细胞培养条件下进行,其动物营养上的研究和应用并不多见,少量研究以单胃动物(猪㊁鸡)为主,反刍动物则未见报道㊂Chen等[41]研究了罗伊氏乳杆菌胞外多糖对抗仔猪肠毒性大肠杆菌(ETEC)的调节作用,结果显示,该乳杆菌胞外多糖通过减少肠毒性大肠杆菌在小肠内的定植黏附来减缓仔猪腹泻的发生㊂Le等[42]通过给断奶仔猪饲喂罗伊氏乳杆菌发酵的小麦发现,发酵谷物并没有对试验仔猪的肠道形态㊁小肠发酵㊁生长性能及营养物质表观消化率产生显著影响,但乳杆菌所产胞外多糖能刺激后肠发酵,提高机体健康水平㊂路则庆[43]研究了E.cloacaeZ0206富硒多糖(Se⁃ECZ⁃EPS)对肉仔鸡和断奶仔猪生长性能㊁胴体品质㊁免疫功能及肠道形态结构和肠道微生物多样性的影响,结果表明Se⁃ECZ⁃EPS增强了肉仔鸡和仔猪的免疫功能,有效提高了其生长性能㊂虽然该研究使用的是从肉灵芝中分离得到的属于阴沟肠杆菌属细菌所产胞外多糖进行的试验,但其研究思路和方法值得在乳酸菌胞外多糖上借鉴开展㊂笔者所在课题组对植物来源高产胞外多糖的乳酸菌菌株进行了筛选鉴定和分离纯化,已得到多株优良菌株,并利用小鼠模型对这些乳酸菌胞外多糖的免疫调节活性和抗氧化功能进行了充分研究[44],下一步拟在羔羊和犊牛等幼龄反刍动物上开展应用试验,以期为乳酸菌胞外多糖的生产应用提供依据㊂4㊀小㊀结㊀㊀从近些年来对乳酸菌胞外多糖生理活性功能的研究可知,其有抗肿瘤㊁抗氧化㊁免疫调节和益生功能等多种作用㊂故理论上乳酸菌可应用于酸奶等发酵食品中,达到改善酸奶流变学性质㊁质地㊁风味㊁调节肠道等作用;也可应用于动物饲料添加剂,以代替抗生素使用;还可以用于医疗和保健等方面,促进人类健康㊂但目前乳酸菌胞外多糖仅仅在乳制品的发酵与制备方面实现了商业化,而在其他方面实现工业化生产还有诸多困难,其中最大的障碍是乳酸菌胞外多糖的转化率低㊁生产成本高㊂所以,目前关于乳酸菌胞外多糖研究的关键是通过现代分子生物学㊁生物信息学等技术手段获得高产胞外多糖的乳酸菌菌株,实现乳酸菌胞外多糖的高产并投入到工业化生产中㊂另外,目前乳酸菌胞外多糖的动物试验还停留在人和啮齿类动物及单胃动物模型上,在反刍动物上基本未见研究报道,今后可在犊牛㊁羔羊等幼龄反刍动物上开展研究,进一步拓宽乳酸菌胞外多糖在动物营养中的应用,充分发挥其绿色饲料添加剂的巨大潜力㊂参考文献:[1]㊀杨洁彬.乳酸菌:生物学基础及应用[M].北京:中国轻工业出版社,1996.[2]㊀MAJAMAAH,ISOLAURIE,SAXELINM,etal.Lacticacidbacteriainthetreatmentofacuterotavirusgastroenteritis[J].JournalofPediatricGastroenterolo⁃gyandNutrition,1995,20(3):333-338.[3]㊀孟利,张兰威.乳酸菌胞外多糖的生理功能及其在食品中的应用[J].现代食品科技,2005,21(4):133-136.[4]㊀ZANNINIE,WATERSDM,COFFEYA,etal.Pro⁃duction,properties,andindustrialfoodapplicationoflacticacidbacteria⁃derivedexopolysaccharides[J].AppliedMicrobiologyandBiotechnology,2016,100(3):1121-1135.[5]㊀邵丽.产胞外多糖乳杆菌的筛选及其多糖的分离㊁结构和生物活性研究[D].博士学位论文.无锡:江南大学,2015:1-9.[6]㊀CAGGIANIELLOG,KLEEREBEZEMM,SPANOG.Exopolysaccharidesproducedbylacticacidbacteri⁃a:fromhealth⁃promotingbenefitstostresstolerancemechanisms[J].AppliedMicrobiologyandBiotech⁃nology,2016,100(9):3877-3886.[7]㊀COSTERTONJW,IRVINRT,CHENGKJ,etal.Theroleofbacterialsurfacestructuresinpathogenesis[J].CriticalReviewsinMicrobiology,1981,8(4):303-338.[8]㊀胡盼盼,宋微,杜明,等.乳酸菌胞外多糖的研究进展24427期杜瑞平等:乳酸菌胞外多糖益生功能研究进展[J].粮油食品科技,2014,22(5):87-92.[9]㊀苗君莅,于鹏,肖杨,等.胞外多糖的研究现状与展望[J].食品科技,2014(10):226-231.[10]㊀MAKINOS,IKEGAMIS,KANOH,etal.Immuno⁃modulatoryeffectsofpolysaccharidesproducedbyLactobacillusdelbrueckiissp.bulgaricusOLL1073R⁃1[J].JournalofDairyScience,2006,89(8):2873-2881.[11]㊀SCHEPETKINIA,FAULKNERCL,NELSON⁃OVERTONLK,etal.Macrophageimmunomodulato⁃ryactivityofpolysaccharidesisolatedfromJuniperusscopolorum[J].InternationalImmunopharmacology,2005,5(13/14):1783-1799.[12]㊀KISHIMOTOM,NOMOTOR,OSAWAR.Invitroe⁃valuationofimmunologicalpropertiesofextracellularpolysaccharidesproducedbyLactobacillusdelbrueckiistrains[J].BioscienceofMicrobiota,FoodandHealth,2015,34(1):11-23.[13]㊀MORIFUJIM,KITADEM,FUKASAWAT,etal.Exopolysaccharidesisolatedfrommilkfermentedwithlacticacidbacteriapreventultraviolet⁃inducedskindamageinhairlessmice[J].InternationalJournalofMolecularSciences,2017,18(1):146-156.[14]㊀WACHIS,KANMANIP,TOMOSADAY,etal.Lac⁃tobacillusdelbrueckiiTUA4408LanditsextracellularpolysaccharidesattenuateenterotoxigenicEscherichiacoli⁃inducedinflammatoryresponseinporcineintesti⁃nalepitheliocytesviaToll⁃likereceptor⁃2and4[J].MolecularNutrition&FoodResearch,2014,58(10):2080-2093.[15]㊀NISHIMURA⁃UEMURAJ,KITAZAWAH,KAWAIY,etal.FunctionalalterationofmurinemacrophagesstimulatedwithextracellularpolysaccharidesfromLactobacillusdelbrueckiissp.bulgaricusOLL1073R⁃1[J].FoodMicrobiology,2003,20(3):267-273.[16]㊀王国栋,李萍,陈靠山,等.多糖激活树突状细胞的免疫调节作用[J].细胞与分子免疫学杂志,2013,29(2):204-206.[17]㊀LAINᶄOJ,VILLENAJ,KANMANIP,etal.Immuno⁃regulatoryeffectstriggeredbylacticacidbacteriaex⁃opolysaccharides:newinsightsintomolecularinterac⁃tionswithhostcells[J].Microorganisms,2016,4(3):27.[18]㊀顾瑞霞,伊萌.乳酸菌抗肿瘤特性的研究进展[J].中国微生态学杂志,1999,11(4):253-255.[19]㊀刘宇,孟祥晨.乳酸菌胞外多糖及其抗肿瘤活性[J].中国乳品工业,2008,36(1):39-43.[20]㊀WANGK,WEIL,XINR,etal.Characterizationofanovelexopolysaccharidewithantitumoractivityfromlactobacillusplantarum,70810[J].InternationalJour⁃nalofBiologicalMacromolecules,2014,63:133-139.[21]㊀刘鹭,潘道东,丁琳,等.硒化乳酸菌胞外多糖对小鼠腹腔巨噬细胞及肿瘤细胞内游离Ca2+的影响[J].食品科学,2014,35(1):250-253.[22]㊀ISMAILB,NAMPOOTHIRIKM.Expositionofanti⁃tumouractivityofachemicallycharacterizedexopo⁃lysaccharidefromaprobioticLactobacillusplantarumMTCC9510[J].Biologia,2013,68(6):1041-1047.[23]㊀WANGJ,ZHAOX,YANGYM,etal.Characteriza⁃tionandbioactivitiesofanexopolysaccharidepro⁃ducedbyLactobacillusplantarumYW32[J].Interna⁃tionalJournalofBiologicalMacromolecules,2015,74:119-126.[24]㊀LENGB,LIUXD,CHENQX.InhibitoryeffectsofanticancerpeptidefromMercenariaontheBGC⁃823cellsandseveralenzymes[J].FEBSLetters,2005,579(5):1187-1190.[25]㊀CUIFJ,TAOWY,XUZH,etal.Structuralanalysisofanti⁃tumorheteropolysaccharideGFPS1bfromtheculturedmyceliaofGrifolafrondosa,GF9801[J].BioresourceTechnology,2007,98(2):395-401.[26]㊀TAOYZ,ZHANGYY,ZHANGLN.Chemicalmodificationandantitumoractivitiesoftwopolysac⁃charide⁃proteincomplexesfromPleurotustuber⁃regi⁃um[J].InternationalJournalofBiologicalMacromole⁃cules,2009,45(2):109-115.[27]㊀CHONGESL.Apotentialroleofprobioticsincolor⁃ectalcancerprevention:reviewofpossiblemecha⁃nismsofaction[J].WorldJournalofMicrobiologyandBiotechnology,2014,30(2):351-374.[28]㊀LIJY,JINMM,MENGJ,etal.ExopolysaccharidefromLactobacillusplanterumLP6:antioxidationandtheeffectonoxidativestress[J].CarbohydratePoly⁃mers,2013,98(1):1147-1152.[29]㊀张玉龙,胡萍,王金龙,等.产胞外多糖乳酸菌的筛选及抗氧化特性研究[J].中国酿造,2015,34(10):37-42.[30]㊀LISJ,HUANGRH,SHAHNP,etal.AntioxidantandantibacterialactivitiesofexopolysaccharidesfromBifidobacteriumbifidumWBIN03andLactobacillusplantarumR315[J].JournalofDairyScience,2014,97(12):7334-7343.[31]㊀李景艳.乳酸菌胞外多糖的抗氧化活性及其结构[D].硕士学位论文.无锡:江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食用菌多糖生物活性研究进展
食用菌多糖生物活性研究进展卞冬萍;陈耀;郎田田【摘要】食用菌是一种具有很高营养价值和功能价值的美食,也是公认的营养食品.食用菌多糖具有的多种生物活性不断被研究证实,因而受到越来越多的关注.基于此,从调节机体免疫功能、抗肿瘤、抗菌、降血脂、降血糖、抗炎、护肝和抗疲劳等方面对食用菌多糖的生物活性研究现状进行综述.【期刊名称】《南方农业》【年(卷),期】2018(012)020【总页数】3页(P117-119)【关键词】食用菌;多糖;生物活性;研究进展【作者】卞冬萍;陈耀;郎田田【作者单位】扬州市职业大学医学院,江苏扬州 225009;扬州大学化学化工学院,江苏扬州 225009;扬州大学食品科学与工程学院,江苏扬州 225127;扬州大学食品科学与工程学院,江苏扬州 225127【正文语种】中文【中图分类】R285.5食用菌由于其独特的生理活性,受到了越来越多的关注[1]。
食用菌多糖是从食用菌子实体﹑菌丝体或发酵液中分离出来的一种活性多糖,是一类结构复杂的高分子化合物,由10个以上的单糖以糖苷键连接而成,现已证实其具有多种生物活性[2],在生物体内具有调节机体免疫功能﹑抗肿瘤﹑抗菌﹑降血脂﹑降血糖﹑抗炎﹑护肝﹑抗疲劳和抗衰老等功效。
1 调节机体免疫功能食用菌多糖作为一种生物非特异性免疫促进剂,通过增强机体内单核巨噬细胞﹑NK细胞﹑T淋巴细胞﹑B淋巴细胞等免疫功能,促进产生细胞因子,从而提高机体的细胞免疫和体液免疫水平。
Liu等采用DEAE-32和Sepharose CL-6B柱层析法,从Bjerkandera fumosa菌丝体中分离出一种新多糖,由甘露糖﹑半乳糖和半乳糖组成,研究发现该多糖具有清除1,1-二苯基-2-吡啶酰肼(DPPH)和清除羟自由基的活性,对H2O2诱导的SHSY5Y细胞具有保护作用,还能显著促进淋巴细胞体外增殖[3]。
Zhang等从Tricholomalobayense中得到多糖TLH-3,能显著提高小鼠的吞噬能力,释放NO,分泌细胞因子TNF,可能通过TLR-4激活IB-NF-B途径刺激巨噬细胞[4]。
EnterobactercloacaeZ0206细菌胞外多糖的体外抗氧化活性研究
天然产物研究与开发N at Prod R es Dev 2010,22:1098 1102文章编号:1001 6880(2010)06 1098 05收稿日期:2009 06 30 接受日期:2009 08 24基金项目:中国博士后科学基金(20080440195)和西北工业大学科技创新基金(2008KJ02040)。
*通讯作者Te:l 86 29 88491840,E m ai:l l x304319@163.co mEnterobacter cloacae Z0206细菌胞外多糖的体外抗氧化活性研究徐春兰,钦传光*,牛卫宁,尚晓娅西北工业大学生命科学院,西安 710072摘 要:本实验旨在对Enterobacter cl oacae Z0206菌进行发酵培养,以制备胞外多糖,并对其体外抗氧化活性进行初步研究。
通过产多糖菌E.cloacae Z0206的深层发酵制备细菌胞外多糖,在此基础上对其清除D PP H 自由基、超氧阴离子、抑制羟自由基的能力以及还原力等四个方面进行实验,评价其抗氧化活性。
结果表明,深层发酵制备的E.cloacae Z0206胞外多糖产量为6.62g /L ,其在5mg /mL 时对D PPH 自由基和羟自由基的清除率分别达到61.57%和40.08%。
提示E.cloacae Z0206细菌胞外多糖具有显著的抗氧化能力,具有开发为抗氧化类食品或药品的潜力。
关键词:E nterobacter cloacae ;胞外多糖;自由基;抗氧化中图分类号:T S201.2文献标识码:AAnti oxi dative Acti vity of Exopolysacchari de Produced by Enterobacter cloacae Z 0206XU Chun lan ,Q IN Chuan guang *,N IU W ei n i n g ,SHANG X iao yaFacult y of L i fe Sciences ,N orth w estern P oly techn ical Un i ver sit y,X i an 710072,Ch i naAbstract :The exper i m ent was conducted to prepare exopo lysacchar i de (EPS)from E nterobacter cloacae Z0206strain through fe r mentation and to eva l uate its antiox idant acti v ity .By determ i n i ng t he reduc i ng capab ility ,t he scav eng i ng effects of EPS on 1,1 d i pheny l 2 p i cry l hy drazy l (DPPH )rad i ca l s ,superox i de anion free radicals ,and hydroxy l rad i ca ls ,the antiox idant activ it y o f EPS were eva l uated .T he resu lts show ed tha t t he y i e l d o f EPS w as 6.62g /L and the scav eng i ng effects of EPS on t he DPP H free radical and the hydroxy l rad i ca ls reached 61.57%and 40.08%at concentra ti on o f 5m g /mL ,respecti ve l y .T he EPS exh i b ited obv ious antiox idant activ it y and w as wo rt hy o f exp l o itation i n f uture .K ey word s :Enterobacter cloacae ;exopo l ysaccharide ;free radicals ;anti ox i dant随着自由基生物学和医学研究的日趋深入和发展,活性氧自由基的致病作用机制研究正引起人们的巨大关注[1 3]。
多糖的研究方法及其进展
动物
糖原 (Glycogen)
硫酸软骨素 (Chondroitin
sulfate) 肝素
(Heparin) 透明质酸
(Hyaluronic acid) 壳聚糖
(Chitin)
39
表2. 构成多糖的通常的单糖
类型
单糖
五碳糖 六碳糖
己糖胺
D-木糖,L-阿拉伯糖
D-葡萄糖,D-甘露糖,D-半乳糖,L-半 乳糖,D-果糖 N-乙酰葡萄糖胺,N-乙酰半乳糖胺
--部分酸水解---Polyalcohols
14
2. 半合成方法
衍生化基团取代
---多糖中羟基中H 原 子---
改变氢键作用---成盐—改善溶解性
羧甲基化 硫酸化 磷酸化
羧甲基化 (1) 多糖(0.15M NaOH, 95oC, 2h)—残 渣水洗至中性---悬浮于0.06%NaCl---醋酸调pH至 4.5(50oC 6h)---悬浮液pH调至碱性---氯乙酸反应--羧甲基化多糖钠盐.
表1记录了来自天然界的一些重要多糖。 天然界存在的单糖种类很多,但组成多糖的单糖大致由表
2 所示的一些单糖组成。
38
表1. 几种天然存在的多糖
微生物
海洋生物
(包括高等真菌)
葡聚糖
琼脂
(Dextran) 果聚糖
(Levan) 黄源胶
(Xanthan) 甘露聚糖
(Mannan) 黑曲霉多糖
(Agar) 藻酸
28
这是制作真菌来源的保健品中值得注意的 问题.却被许多人疏忽.譬如说市场上已有的香 菇多糖保健品,实质上香菇多糖(Lentinan)口 服是无效的,那么为什么这些保健品确实还是 对人体有良好作用呢? 这是因为香菇提取物中 不仅存在香菇多糖, 还存在其他对人体有效的 活性物质,而真正起作用的就是这些活性物质, 可以这么说保健品中香菇多糖含量越高,其效 果越差.所以如果将香菇提取物命名为香菇多 糖保健品是不恰当的.
蓝细菌胞外多糖结构及其功能应用的研究进展
2018.No01医学科技摘 要 蓝细菌又称蓝藻或蓝绿藻,是一种含有叶绿素a、能够在光合作用时释放氧气的古老原核微生物。
蓝细菌种类繁多,在形态、生理上均有所差异。
研究表明蓝细菌能合成胞外粘性包埋物,并将其释放到培养基中,多数研究致力于将这些多糖进行有效的回收并开发利用。
目前,蓝细菌已成为一种有价值的新型产多糖资源。
本文对蓝细菌胞外多糖的结构、生理学意义以及在食品、农业、环境治理等方面的应用进行了综述,对胞外多糖在医药领域潜在的应用价值及开发前景进行了展望。
关键词 蓝细菌 胞外多糖 生物学活性 医药 应用蓝细菌是一类古老的原核生物,其种类繁多、形态多样、分布广泛,按照其形态可分为5个群,主要存活在自然光照射到的地方,包括陆地、海洋[1],许多种类的蓝细菌还能生活在极端恶劣的环境中[2]。
值得一提的是,其胞外多糖还具有重要的应用价值,主要体现在食品、医药、农业、工业上的功能应用。
目前为止,结冷胶、黄原胶、短梗霉多糖、小核菌葡聚糖、热凝多糖等都是已投入生产的微生物胞外多糖。
但是,蓝细菌胞外多糖相关应用成果极少,因此进一步对蓝细菌的胞外蓝细菌胞外多糖结构及其功能应用的研究进展向小洪1 刘民强2(1.重庆医药高等专科学校 重庆 401331;2.重庆科技学院 重庆 401331)多糖进行研究,具有重要的意义。
1 蓝细菌胞外多糖的结构多糖是由多个单糖分子通过糖苷键结合的糖链,分为同类多糖和杂多糖。
和其它微生物一样,蓝细菌能产生胞外多糖类物质,不同菌株其成分多有差异,初步发现蓝细菌胞外多糖成分中含有10种不同的单糖,包括葡萄糖、甘露糖、戊糖、半乳糖、鼠李糖、酸性葡糖醛已糖、木糖、阿拉伯糖、脱氧已糖、葡糖醛酸,其中葡萄糖、甘露糖和半乳糖是最常见单糖[3]。
胞外多糖的合成、释放被认为是微生物与其生长环境相互协调的结果,而荚膜或多糖包埋物则承担着与环境交互的“桥梁”作用。
通过细胞染色可以观察到蓝细菌膜外存在与多糖类似的包被,不同蓝细菌细胞的包被厚度、粘稠度及外观形态存在明显差异,尤其是在不同的生长环境。
乳酸菌胞外多糖研究新进展
乳酸菌胞外多糖研究新进展
旭日花;李平兰
【期刊名称】《中国乳品工业》
【年(卷),期】2009(037)012
【摘要】综述了产EPS乳酸菌的筛选方法、已报道的EPS化学结构、分离纯化和结构鉴定的方法、EPS的生理功能、EPS的生物合成及EPS的遗传学和调控方面的研究进展.
【总页数】6页(P41-45,50)
【作者】旭日花;李平兰
【作者单位】中国农业大学,食品科学与营养工程学院,北京,100083;中国农业大学,食品科学与营养工程学院,北京,100083
【正文语种】中文
【中图分类】Q936
【相关文献】
1.产胞外多糖乳酸菌筛选及胞外多糖提取方法 [J], 王迎华;曹郁生;陈燕;高丹丹
2.一株高产胞外多糖乳酸菌的分离鉴定及其产胞外多糖的研究 [J], 黄承敏;肖茜;王蓉蓉;刘成国;姚慧;周辉
3.乳酸菌胞外多糖生物学功能及其在畜牧生产中的应用前景 [J], 李金泽;李丘轲;单安山
4.乳酸菌胞外多糖对动物肠道屏障功能的调控作用及机制 [J], 王琪;肖融;王敬;齐
仁立
5.传统牦牛酸奶源高产胞外多糖乳酸菌特性及发酵性能 [J], 降初祝玛;陈炼红;张岩因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。
微生物胞外多糖的提取与应用研究进展
微生物胞外多糖的提取与应用研究进展王蓓蓓1张伟2周晓伦2*(1白水镇白水中心卫生院,甘肃平凉744000;2甘肃医学院,甘肃平凉744000)摘要:随着科学研究的不断深入与提取技术的提高,近年来对多糖生物学功能的认识有了量的提升和质的飞跃,多糖的生物学功能涉及免疫、癌变、肿瘤和衰老等方面,可以应用于食品、医药、农业、污水处理等领域。
该文对多糖的定义、分类、生物合成和多糖的提取方法进行了概述,重点阐述了高压脉冲电场技术、超临界流体萃取法、双水相萃取法。
虽然对微生物多糖的研究仍在不断深入,但微生物多糖真正的应用价值尚未得到实现。
目前,胞外多糖已经作为食品添加剂运用到食品工业中,除此之外多糖还可用于制备抗肿瘤新药或疫苗、抗凝血等应用。
关键词:微生物胞外多糖;提取方法;生物合成;超临界流体萃取法中图分类号Q539文献标识码A文章编号1007-7731(2021)18-0021-03Research Progress on Extraction and Application of Microbial Extracellular Polysaccharides WANG Beibei1et al.(1Baishui Central Health Center,Pingliang744000,China)Abstract:With the continuous development of scientific research and the improvement of extraction technology,re⁃searchers in recent years on the biological function of polysaccharide understanding has a quantity of improvement and qualitative leap,involving immunity,cancer,tumor and aging and other aspects,can be applied to food,medi⁃cine,agriculture,sewage treatment and other fields.This article gives a detailed overview of the definition,classifica⁃tion,biosynthesis and extraction methods of polysaccharides,with emphasis on high-voltage pulsed electric field technology,supercritical fluid extraction,and aqueous two-phase extraction.Although the research on microbial polysaccharides continues to deepen,the true application value of microbial polysaccharides has not been realized. At present,extracellular polysaccharides have been used as food additives in the food industry.In addition,polysac⁃charides can also be used to prepare new anti-tumor drugs or vaccines.Key words:Microbial Exopolysaccharide;Extraction method;Biosynthesis;Supercritical fluid extraction1多糖的定义与分类多糖(Polysaccharide)属于典型的糖类物质,其分子结构十分庞大而且复杂,是由多个单糖分子失水与缩合构成,为典型的聚合糖高分子碳水化合物,由至少4个单糖并通过糖苷键进行结合。
乳酸细菌胞外多糖的研究
LANZHOU UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 毕业论文Array题目学生学专业指导学答辩乳酸细菌胞外多糖的研究摘要乳酸细菌(LAB)胞外多糖(EPS)是乳酸细菌在生长代谢过程中分泌到细胞壁外的的荚膜多糖和粘液多糖的总称。
本实验采用酶解法从乳酸细菌发酵液中提取胞外多糖。
通过测定胞外多糖的含量筛选出了2株高产胞外多糖的菌株,并运用单因素及正交实验对其发酵条件进行优化,优化后的最佳发酵条件是:初始培养基pH5.5,乳糖添加量为20g/L,接种量为5.0%,发酵温度为37 ℃,发酵时间为24 h。
最后,利用薄板层析法测定多糖样品中含有的单糖,初步确定有葡萄糖、半乳糖、鼠李糖和甘露糖,多糖的抗氧化性研究结果表明, 保加利亚乳杆菌多糖样品液具有体外清除 O2 -·和·OH的作用, 在所作实验范围内其最大清除率分别为68.7%和 69.4%。
关键字:乳酸细菌胞外多糖薄板层析发酵条件氧化性AbstractLactic acid bacteria (LAB) extracellular polysaccharide (EPS) is secreted by the name of lactic acid bacteriafrom the cell wall of the generic capsular polysaccharide and mucus polysaccharides in the process of growth and metabolism. The experiments on extraction of exopolysaccharides from lactic acid bacteria in the fermentation broth by enzymatic method. By determination of extracellular polysaccharide were screened out 2 strains of polysaccharide high-yield extracellular, and the fermentation conditions optimization of single factor and orthogonal experiments, the optimum fermentation conditions optimization is: initial culture pH5.5, lactose concentration is 20g/L, inoculum 5%, fermentation temperature 37 ℃, fermentation time was 24 h. Finally, determination of monosaccharides containing polysaccharide samples of glucose, galactose, rhamnose and mannose by thin layer chromatography, antioxidant activity of polysaccharides showed that, Lactobacillus bulgaricus polysaccharide liquid samples with scavenging O2 -·and ·OH role in the experimental range, the maximum clearance rates were 68.7% and 69.4%.Keywords: lactic acid bacteria Extracellular polysaccharide Thin layer chromatography Fermentation conditions Oxidation目录一、综述 (1)(一)乳酸细菌胞外多糖的介绍 (1)1.乳酸细菌EPS的分类、化学组成和结构 (1)2.乳酸细菌EPS的物理学特性: (1)3.乳酸细菌EPS的生理学特性 (2)(二)多糖的提取方法研究 (3)1.碱提法 (3)2.酶解法 (3)(三)国内外研究现状 (3)(四)研究目的及意义 (4)二、材料与方法 (4)(一)材料 (4)1.仪器 (4)2药品与试剂 (4)3.菌株 (5)4.主要培养基 (5)(二)方法 (5)1.试剂的配制 (5)2.菌种的活化 (5)3.酶解法提取胞外多糖 (5)4.多糖的纯化 (6)5.胞外多糖(EPS)含量的测定 (6)6.单因素及正交实验优化发酵条件 (6)7.薄板层析法(TLC)分析多糖的单糖组成 (6)8.多糖抗氧化性的测定 (7)三、结果与分析 (7)(一)葡萄糖标准曲线 (7)(二)胞外多糖产量 (8)(三)单因素及正交实验优化发酵条件 (8)1.碳源的影响 (8)2.乳糖添加量的影响 (8)3.接种量的影响 (9)4.pH的影响 (9)5.培养时间的影响 (10)6.培养温度的影响 (10)7.正交实验和验证实验 (11)1.单糖的展层效果 (12)2.多糖的展层效果 (12)(五)多糖抗氧化性的测定 (13)1.超氧阴离子自由基(O2 - )清除作用: (13)2.羟基自由基(.OH)的清除作用: (13)四、讨论 (14)五、结论 (14)参考文献 (15)一、综述微生物的生长通常伴随着胞外多糖(Exopolysaccharides,EPS)的产生。
微生物胞外多糖
结冷胶的应用
1、结冷胶在食品和医药中的应用 结冷胶的主要作用是作为凝胶剂、增稠剂、
悬浮剂和成膜剂等,在食品工业中,结冷 胶不仅仅是作为一种胶凝剂,更重要的是 它可提供优良的质地和口感。
结冷胶与其他食品胶有良好的配伍性, 以增进其稳定性或改变药物的缓慢释放。
2、结冷胶替代琼脂
• 结冷胶形成的凝胶表现出明显的热稳定性
细菌胞外多糖的未来展望
• 在细菌胞外多糖的应用开发方面,应在理
论研究的基础上,继续进行优良生产菌株 的选育,发酵条件及调控方法、下游加工 工艺的优化,多糖生物活性及其应用技术 的研究。
4.黄原胶在日用化工方面的应用
• 黄原胶分子中含有大量的亲水基团,是一
种良好的表面活性物质,并具有抗氧化, 防止皮肤衰老等功效, 因此, 几乎绝大多 数高档化妆品中都将黄原胶作为其主要功 能成分。此外,黄原胶还可作为牙膏的成 分实质增稠定型,降低牙齿表面磨损。
5.黄原胶在其他领域的应用
• 黄原胶在医疗、陶瓷、搪瓷、玻璃、香料、
例如:黄原胶作为蛋糕的品质改良剂,可以增大蛋 糕的体积, 改善蛋糕的结构, 使蛋糕的孔隙大小 均匀,富有弹性,并延迟老化, 延长蛋糕的货架 寿命;奶油制品、乳制品中可使产品结构坚实、 易切片, 更易于香味释放, 口感细腻清爽。加入啤 酒中可使其产泡效果极佳。它还广泛用于罐头、 火腿肠、饼干、点心和肉制品等产品中。
几种胞外多糖的研究进展与应用
• 黄原胶 • 结冷胶 • 凝结多糖
黄原胶(xanthan gum)
• 黄原胶:又名黄单胞菌多糖,是野油菜黄
单胞杆菌以碳水化合物为主要原料,经发 酵工程生产的一种用途广泛的微生物胞外 多糖。
• 黄原胶是目前国内外正在开发的几种微生
乳酸菌发酵产生胞外多糖的研究进展
乳酸菌发酵产生胞外多糖的研究进展刘先;康小红;龄南【摘要】本文概述了乳酸菌胞外多糖(EPS)的生物合成途径,EPS产量的影响因素及对其结构性能的研究.【期刊名称】《中国乳业》【年(卷),期】2010(000)002【总页数】3页(P46-48)【关键词】乳酸菌;胞外多糖;功能;研究进展【作者】刘先;康小红;龄南【作者单位】沈阳农业大学;内蒙古蒙牛乳业(集团)股份有限公司;内蒙古蒙牛乳业(集团)股份有限公司【正文语种】中文按照组成的不同,乳酸菌(lactic acid bacteria,缩写为LAB)产生的胞外多糖(exopolysaccharides,缩写作EPS)可以分为3类:①葡聚糖类,即右旋糖苷、改性葡聚糖及变异聚糖;②果聚糖类,如左聚糖;③由嗜温乳酸菌及嗜热乳酸菌产生的杂多糖类。
在过去,人们对黏乳酸菌的兴趣与日俱增,比如乳酸乳球菌乳脂亚种(Lactococcus lactis subsp.cremoris)、乳酸乳球菌乳亚种(ctis ctis)、德氏乳杆菌保加利亚亚种(Lactobacillus delbreuckiisubsp.bulgaricus)以及唾液链球菌嗜热亚种(Streptococcus aslivariussubsp.thermophilus)等。
由于这些细菌具有公认的安全(generally recognized as safe,缩写为GRAS)性,所以它们产生的EPS被广泛地用作食品工业中的增稠剂、凝胶剂以及稳定剂。
1 EPS的生物合成途径因菌种不同,乳酸菌EPS的合成会发生在生长的不同阶段。
按合成位点和模式不同,乳酸菌EPS的生物合成分为2种类型,即位于细胞壁外的同源多糖(homopolysacchride)的合成和位于细胞膜上的异源多糖(heteropolysaccharide)的合成。
1.1 同源多糖的生物合成同源多糖(如葡聚糖、果聚糖)是在胞外合成的。
合成体系包含糖基供体(蔗糖)、糖基受体及葡聚糖蔗糖酶(dextransucrase)。
一株枯草芽孢杆菌的鉴定及胞外多糖活性研究
2018年第11期中国伺料一35 一D O I:10.15906/11-2975/s.20181106一株枯草芽孢杆菌的鉴定及胞外多糖活性研究张玲秀,白建华,郝瑞林,董社琴(忻州师范学院生物系,山西忻州034000)[摘要]为开发更多新型微生物源生物活性物质,从家蝇体内分离筛选出一株芽孢杆细菌,其高产多糖,经形态学 和16SrDNA序列比对,鉴定为枯草芽孢杆菌(Bacillus DQ),采用水溶醇沉法、层析法获得较纯多糖物质,并对其进行 多项活性检测:小鼠抗疲劳能力试验、免疫活性研究和Hela细胞生长抑制率;此多糖不仅可以提高小鼠运动性抗疲劳,而且具有较强的提高多项免疫指标的能力,另外在体外具有较强的抑制Hela细胞的能力,因此在动物和人体具 有潜在的实用价值。
[关键词]枯草芽孢杆菌;胞外多糖;生物活性;免疫调节;抗肿瘤[中图分类号]S816.3 [文献标识码]A[文章编号]1004-3314(2018)11-0035-04多糖是一类由醛糖或酮糖通过糖苷键连接而 成的天然高分子聚合物,广泛存在于植物、真菌、藻类和细菌中。
细菌胞外多糖是细菌产生的一类 重要的生物大分子(赵霞等,2016),由于其具有抗 菌、抗氧化性、免疫调节和抗癌等功能而备受关注 (Zhang等,2016)。
研究表明,从家蝇体内筛选出 的枯草芽孢杆菌,其所产胞外多糖具有很强的清 除氧自由基能力和抑真菌能力(张玲秀等,2013),因而本研究进一步对其所产胞外多糖进行多项活 性检测,以期在食品、药物等方面提供可用活性物 质,从而对枯草芽孢杆菌多糖的开发奠定理论基 础,也为有益微生物的资源进一步开发提供思路。
1材料与方法1.1试验材料1.1.1菌种来源前期家蝇体内筛选所得,低温 保存。
1.1.2培养基L B固体和液体培养基(周德庆,2006)。
1.1.3试剂及仪器L B固体和液体培养基购于北 京奥博;引物1492r■及27f和葡聚糖G-75购于So-larbio;小鼠白细胞介素-2 (IL-2)酶联免疫分析 (ELISA)试剂盒购于Biovision,其余均为国产分析基金项目:山西省回国留学人员重点科研资助项目 (2015-098)纯。
多糖化学改性方法及其生物活性的研究进展
多糖化学改性方法及其生物活性的研究进展摘要多糖的化学修饰是一种重要的多糖结构修饰方法,是增强多糖生物活性、降低其副作用的有效途径。
文中综述了几种目前多糖化学改性常用的无机酸酯化方法,以及目前国内外对于化学改性多糖制备及其生物活性的研究现状。
关键词多糖,化学改性,生物活性,研究进展多糖是存在于众多有机体中一类具有丰富结构多样性的特殊生物高分子,多糖作为某些生物转化识别过程中的关键物质已被人们深入地认识,天然多糖已具有许多优异性能,如抗肿瘤、抗病毒、抗感染、抗氧化、抗诱变等,多糖这些生物活性的发挥与其结构有关,利用糖残基上的羟基、羧基、氨基等基团,对多糖进行分子表面修饰,可以进一步改善多糖的诸多性能,甚至获得具有特定结构的功能新材料。
多糖衍生物的强抗病毒活性已经在临床应用上得到了充分的证明,因而对多糖结构进行适当修饰是多糖领域研究的重点之一。
多糖醚化和酯化反应是最具多样性的多糖改性方法,因为通过这两种方法可以很容易获得各种性能优异具有生物来源的新材料。
本文主要介绍多糖无机酸酯化方法及其生物活性,将新颖的酯化方法、全面的结构解析和明确的的构效关系相结合必将推动多糖在生物工程、医药等诸多领域的应用。
1多糖结构表征方法及部分多糖结构多糖含有易于发生酯化反应的伯羟基、仲羟基和羧基,以及可以转化为氨基化合物的-NH2。
要了解衍生化过程中多糖骨架可能发生的所有结构变化,需在改性前尽可能全面地对多糖结构进行分析。
因为即使多糖类型相同,多糖的化学结构包括分支、糖原连接顺序、链中的氧化部分(如葡聚糖中的醛基、酮基和羧基)和残余的天然杂质均可能存在差异,尤其是在真菌和植物多糖中。
1. 1多糖结构表征方法要完全阐明一个糖的结构一般需要提供以下几方面的信息:⑴分子量及组成单糖的种类与摩尔比;⑵各糖环的构象(呋喃型或吡喃型)与异头碳的构型;⑶各糖残基间的连接方式;⑷糖残基的连接顺序;⑸二级结构及空间构象等;以及常用到的方法(见表1)。
真菌多糖抗氧化活性的研究进展
真菌多糖抗氧化活性的研究进展阿燕(包头轻工职业技术学院乳品工程系,内蒙古包头014035)摘要真菌多糖的抗氧化作用目前正成为国内外众多学科领域研究的热点之一,对真菌子实体多糖、菌丝体多糖和胞外多糖的抗氧化活性研究现状进行了综述,并对其研究前景进行了展望,旨在为真菌多糖的进一步研究和利用提供参考。
关键词真菌多糖;自由基;抗氧化活性中图分类号Q939.9文献标识码A文章编号1005-7021(2012)04-0083-04Research Progress of Antioxidant Activities of Fungal PolysaccharidesA Yan(Dept.of Dairy Engin.,Baotou Light Indust.Vocat’l Tech.Coll.,Baotou014035)Abstract Fungal polysaccharides(FP)are presently becoming one of the research hot spots among numerous scien-tific fields both home and abroad due to their antioxidant effects.The status quo of the study on FP antioxidant activi-ties from fungal sporocarp,mycelium,and fungal extracellular polysaccharides was summarized and forecasted in this paper aiming at providing references for further research and exploitation of FP.Keywords fungal polysaccharides;free radical;antioxidant activities真菌多糖是从真菌子实体、菌丝体、发酵液中分离出的由10个分子以上的单糖通过糖苷键连接而成的高分子多聚物,目前研究证明真菌多糖具有抗氧化[1]、抗肿瘤[2]、提高免疫力[3]、抑菌[4]等多种生物活性。
天然多糖抑菌活性及机理研究进展
天然多糖抑菌活性及机理研究进展一、概要随着全球范围内对食品安全和公共卫生的关注日益加剧,天然多糖作为一种具有广泛生物活性和安全性的天然资源,受到了越来越多的研究关注。
天然多糖抑菌活性及其机理的研究已经成为微生物学、食品科学和生物技术领域的重要课题。
本文将对近年来天然多糖抑菌活性及机理研究的进展进行概述,以期为相关领域的研究提供参考。
天然多糖是一类含有大量单糖分子的高分子化合物,主要包括淀粉、果胶、纤维素等。
这些多糖在自然界中广泛存在,如植物细胞壁、动物肠道、土壤等。
天然多糖具有多种生物活性,如调节免疫功能、抗肿瘤、抗氧化等。
近年来研究发现天然多糖还具有显著的抑菌活性,可以抑制多种细菌的生长和繁殖。
天然多糖抑菌活性的机制主要包括以下几个方面:首先,天然多糖通过改变细菌细胞壁的结构和功能,导致细菌失去附着能力,从而抑制其生长。
其次天然多糖能够与细菌表面的受体结合,影响细菌的营养摄取和代谢过程,进而抑制其生长。
此外天然多糖还可以通过调节宿主免疫反应,增强机体对细菌的抵抗力。
目前关于天然多糖抑菌活性的研究已经取得了一定的成果,但仍存在一些问题有待解决。
例如不同来源的天然多糖抑菌活性可能存在差异,需要进一步研究其生物学特性;同时,天然多糖的制备方法和工艺也需要优化,以提高抑菌活性并降低毒性。
此外天然多糖抑菌活性与具体应用场景的关系也需要深入探讨,以便为实际应用提供理论依据。
1. 天然多糖的概述天然多糖是一类具有生物活性的复杂大分子化合物,主要来源于植物、动物和微生物。
它们在生物体中具有重要的功能,如储存能量、调节生物代谢、抗病毒、抗菌等。
随着生物技术的发展,天然多糖的研究越来越受到重视,其抑菌活性及机理研究也取得了显著的进展。
目前已知的天然多糖主要包括淀粉、纤维素、壳聚糖、几丁质、海藻酸等。
这些多糖具有不同的结构和化学性质,因此在抑菌活性和机理上也存在差异。
例如淀粉和纤维素是植物细胞壁的主要成分,具有较强的机械强度和刚性,能够阻止细菌侵入;而壳聚糖和几丁质则具有疏水性和阳离子性,可以与细菌表面的带电基团相互作用,从而抑制细菌的生长和繁殖。
《深海细菌胞外多糖EPS364的性质及抗肿瘤机制研究》
《深海细菌胞外多糖EPS364的性质及抗肿瘤机制研究》一、引言随着现代生物技术的飞速发展,深海细菌及其产生的胞外多糖(EPS)逐渐成为科研领域的热点。
EPS364作为一种从深海细菌中提取的特殊多糖,具有独特的结构和生理活性。
本文主要探讨了深海细菌胞外多糖EPS364的性质及其抗肿瘤机制,以期为开发新型抗肿瘤药物提供理论依据。
二、EPS364的性质1. 化学结构EPS364是一种高分子量、高纯度的多糖,主要由葡萄糖、甘露糖等单糖组成。
其分子结构复杂,具有高度分支化特点。
EPS364的三维空间结构使得其具有良好的水溶性和黏度。
2. 物理性质EPS364具有良好的稳定性,不易受温度、pH值等因素影响。
同时,它还具有较低的毒性,对正常细胞无显著影响。
此外,EPS364还具有较强的抗氧化性,可有效清除体内自由基。
三、抗肿瘤机制研究1. 免疫调节作用研究表明,EPS364可通过激活机体免疫系统,增强机体的抗肿瘤能力。
具体而言,EPS364可刺激机体产生免疫细胞,如T细胞、NK细胞等,从而增强机体的细胞免疫和体液免疫功能。
此外,EPS364还可促进免疫细胞分泌多种细胞因子,如干扰素、白细胞介素等,进一步增强机体的抗肿瘤作用。
2. 抑制肿瘤细胞增殖EPS364可抑制多种肿瘤细胞的增殖,如肝癌、肺癌、乳腺癌等。
其作用机制可能与抑制肿瘤细胞的DNA合成、RNA转录及蛋白质翻译等过程有关。
此外,EPS364还可诱导肿瘤细胞凋亡,使肿瘤细胞自然死亡。
3. 抗肿瘤转移作用除了直接抑制肿瘤细胞增殖外,EPS364还具有抗肿瘤转移作用。
研究表明,EPS364可通过抑制肿瘤血管生成、降低肿瘤细胞的侵袭能力等途径,减少肿瘤的转移和扩散。
四、结论深海细菌胞外多糖EPS364具有独特的化学结构和物理性质,具有良好的稳定性和低毒性。
其抗肿瘤机制主要包括免疫调节作用、抑制肿瘤细胞增殖及抗肿瘤转移作用。
因此,EPS364在抗肿瘤药物研发领域具有广阔的应用前景。
菌胞外多糖开题报告
菌胞外多糖开题报告菌胞外多糖开题报告一、引言菌胞外多糖是一类广泛存在于细菌、真菌和藻类等生物体外的高分子化合物。
它们由多种糖分子组成,具有复杂的结构和多样的功能。
近年来,菌胞外多糖引起了广泛的研究兴趣,因为它们在生物医学、食品工业和环境保护等领域具有重要的应用潜力。
二、菌胞外多糖的结构和组成菌胞外多糖的结构和组成因菌种和生长环境的差异而异。
一般来说,菌胞外多糖由多种糖分子如葡萄糖、半乳糖、甘露糖等以不同的连接方式和比例组成。
此外,一些菌胞外多糖还可能含有酰胺基、酯基、磷酸基等修饰基团。
这些结构特点决定了菌胞外多糖的物理化学性质和生物活性。
三、菌胞外多糖的生物活性菌胞外多糖具有多种生物活性,包括抗氧化、抗肿瘤、抗病毒、抗菌和免疫调节等。
研究表明,菌胞外多糖可以通过与细胞膜受体的结合,影响细胞信号传导通路,从而调节细胞的生长、分化和凋亡等生理过程。
此外,菌胞外多糖还可以通过抗氧化作用减轻氧化应激引起的细胞损伤,抑制肿瘤细胞的生长和转移,并增强机体的免疫功能。
四、菌胞外多糖的应用潜力菌胞外多糖的多样性和生物活性为其在医学、食品工业和环境保护等领域的应用提供了广阔的空间。
在医学领域,菌胞外多糖被用作抗肿瘤药物、抗病毒药物和免疫调节剂等。
在食品工业中,菌胞外多糖可以作为增稠剂、稳定剂和抗氧化剂等添加剂使用。
在环境保护方面,菌胞外多糖可以用于废水处理、土壤修复和生物材料制备等。
五、菌胞外多糖的提取和纯化方法菌胞外多糖的提取和纯化是研究和应用的基础。
目前常用的提取方法包括热水提取、酸碱提取和酶解提取等。
提取后的菌胞外多糖可以通过离子交换层析、凝胶过滤层析和超滤等方法进行纯化。
此外,一些新型的提取和纯化技术,如超声波辅助提取和纳米过滤技术,也被应用于菌胞外多糖的制备过程中。
六、菌胞外多糖的研究挑战和展望尽管菌胞外多糖在各个领域都显示出了巨大的应用潜力,但其研究仍面临一些挑战。
首先,菌胞外多糖的结构和组成非常复杂,使得其提取和纯化过程较为困难。
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网络出版时间:2016-03-22 16:00:27网络出版地址:/kcms/detail/62.1120.R.20160322.1600.002.html细菌胞外多糖生物活性的研究进展赵霞综述,王若愚审校中国科学院寒区旱区环境与工程研究所生态与农业研究室,甘肃兰州 730000摘要:细菌胞外多糖(Exopolysaccharides,EPS)是细菌产生的一类重要的生物大分子,在许多重要生命过程中起着非常关键的作用,由于其具有多种生物活性成为近年来研究的热点。
目前,细菌EPS作为天然产物,可大量发酵提取,且可降低成本,特别是一些乳酸杆菌和海洋细菌的新型EPS被证实具有多样化结构多糖的、潜在的有益生物活性,如抗肿瘤、免疫调节和抗氧化等,其在食品、医学等领域被广泛应用。
本文就细菌EPS在生物材料和药品方面的应用、免疫调节功能、抗肿瘤活性及抗氧化活性作一综述。
关键字:细菌;胞外多糖;抗肿瘤;抗氧化;免疫调节中图分类号:Q936文献标识码:A 文章编号: DOI:Progress of bioactivities for bacterial exopolysaccharidesZHAO Xia, WANG Ruo-yuKeyLaboratory of Ecological and Agricultural Research, Cold and Arid Regions Environmental and Engineering ResearchInstitute, Chinese Academy of Sciences, Lanzhou730000,Gansu Province, ChinaCorresponding author: WANG Ruo-yu, E-mail: wangruoyu@Abstract:Bacrerial exopolysaccharides (EPS)were produced from bacteria, which is a type of large biological moleculeand takes a cruicial effect in many process of life, and becomes a hot focus in recent years because it has a variety ofbiological activities. At present the bacterial EPS as a natural product may be extracted in large quanties by thefermentation process with a reduced cost, particularly some new types EPS from Lactobacillaceae and ocean bacteria havebeen identified to having polysaccharides with multiple-structure and potential biological benefitactivities,such asanti-tumor, anti-oxidationand immuno-modulatory effects. The bacterial EPS hasbeen found an outstanding prospect infood industry and medicine.. In this paper,applications of bacteria EPSare reviewed, including in biomedicinematerials,pharmaceiticals and health preparation, .andanti-tumor, anti-oxidationand immuno-modulatory effects.Key word:Bacteria; Exopolysaccharide(EPS); Anti-tumor; Anti-oxidation; Immuno-modulation多糖是一类由醛糖或酮糖通过糖苷键连接而成的天然高分子聚合物,广泛存在于植物、真菌、藻类和细菌中。
根据其来源不同可分为植物多糖、动物多糖、真菌多糖、藻类多糖和细菌多糖。
真菌多糖的研究是目前最成熟和深入的,如香菇多糖、灵芝多糖、茯苓多糖等均已开发为临床用药,具有抗肿瘤和增强免疫力的疗效[1-3]。
随着对多糖药用价值的研究,药用植物多糖的研究也很受青睐,常见的有黄芪多糖、当归多糖、灰树花多糖等,在抗肿瘤、提高免疫、抗病毒、消炎等方面具有很好的疗效[4-6]。
另外,一些藻类多糖和地衣多糖也受到关注,且其也被证明具有抑制肿瘤细胞增长、免疫调节、抗氧化等作用[7-9]。
细菌胞外多糖(Exopolysaccharides,EPS)是细菌产生的一类重要的生物大分子,在许多重要生命过程中起着非常关键的作用。
根据多糖存在的位置,可以将细菌多糖分为3种类型:①在细胞质内,提供碳源和能量来源的多糖;②细胞壁多糖包括磷聚酸和肽聚糖;③分泌到细胞外的多糖,有EPS和荚膜多糖(Capsular polysaccharides,CPS)[10-11]。
由于细菌多糖生产成本相对较低,且安全无毒,工业上其已被广泛用于溶液凝固剂和乳化剂。
如肠膜明珠串珠菌产生的葡聚糖(Dextran)、野油菜黄单胞菌产生的黄原胶(Xanthan),鞘氧醇单胞菌分泌的结冷胶(Gellan)等[12-15]。
在医药领域,细菌产生的EPS被证实具有抗菌、抗肿瘤和免疫调节,甚至抗HIV等广泛的生物活性[16-18]。
由于细菌多糖通过发酵能够进行批量工业化生产,因此已成为新药物的重要来源,得到了广泛的关注。
本文就细菌EPS在生物材料和药品方面的应用、免疫调节功能、抗肿瘤活性及抗氧化活性作一综述。
1 在生物材料和药品方面的应用一些高分子量多糖的分子性质决定了它在一些医学应用方面的作用,包括流变学(Rheology)性质、保____________________________________________________基金项目:国家自然科学基金(No.31370447)作者简介:赵霞(1986-),女,博士研究生,主要从事解淀粉芽孢杆菌类胶原蛋基因功能和胞外多糖研究。
通讯作者:王若愚,研究员,博士生导师, E-mail: wangruoyu@水性(Water-holding)、凝胶作用(Gelification)等[19-20]。
许多细菌EPS被用于胶囊制剂、伤口愈合所用的医用织物、人造皮肤及组织等[15]。
兽瘟链球菌(Streptococcus zooepidermicus)可产生与哺乳动物一样的透明质酸,这种透明质酸被应用于眼科手术和一些生物材料中。
EPS水凝胶的天然聚合物也被用于骨愈合手术中。
一些病原性细菌的CPS是细菌的保护性抗原,其重要作用是作为疫苗的主要抗原成分[21],如抗肺炎链球菌(Streptococcus pneumoniae)多糖疫苗和抗A型流脑(Neisseriameningitidisserogroups A)多糖疫苗。
值得关注的是这些细菌多糖和蛋白载体如破伤风类毒素(Tetanus toxoids)或者是白喉类毒素(Diphtheria toxoids)相结合,成为多糖蛋白结合疫苗。
这种疫苗具有良好的特异性和免疫原性,可使T辅助细胞识别蛋白载体,刺激B细胞对多糖的免疫记忆,使之产生特异的、富集的IgG抗体。
迄今已经研制成功b型流感嗜血杆菌结合疫苗[22]、流脑奈瑟菌结合疫苗(A、C、Y、W135)[23]、肺炎链球菌结合疫苗[24]和伤寒沙门菌结合疫苗[25]等,这些疫苗为人类预防细菌性传染病发挥了不可替代的重大作用。
用重组人乙型肝炎表面抗原(HBsAg)免疫小鼠时,硫酸凝胶多糖(Curdlan sulfate)能够提高抗原的免疫原性,其也是一种很有前景的疫苗佐剂(Vaccine adjuvant)[26]。
细菌EPS作为一个新型的佐剂系统,能促进疫苗诱导保护和特定的免疫应答,特别是在抗病原微生物方面,如新型流感(H1N1)、多变病毒所致疾病(丙型肝炎,AIDS)、难治(耐药)结核病(Tuberculosis)[27]。
2 免疫调节功能目前,受到广泛关注的细菌EPS的生物学作用就是其能与寄主细胞作用,继而引起免疫系统反应。
细菌EPS除了与先天性免疫细胞作用,还能直接作用于后天适应性细胞,譬如B细胞依赖的调节作用(抗体调节免疫)。
多数情况下,由于β-葡聚糖与巨噬细胞受体的相互作用激活了宿主防御细胞,从而起到了抗病原菌和抗肿瘤的作用[28]。
目前,关于细菌EPS免疫调节作用的研究主要集中在乳酸杆菌方面。
在鼠李糖乳杆菌(Lb. rhamnosusRW-9595M)和德氏乳细菌(Lb. delbrueckiissp)中分离到的EPS能够显著促进人和小鼠巨噬细胞的增殖[29]。
Wachi等[30]发现从德氏乳细菌中分离到的EPS,能显著下调大肠杆菌肠毒素诱导的前炎性细胞因子(IL-6、IL-8、MCP-1)在猪小肠上皮细胞中的表达,说明EPS具有抗炎症作用。
Vinderola 等[31]的研究表明,口服开菲尔多糖能够增加小肠和大肠黏膜固有层IgA的分泌,具有维持肠道内稳态的潜在免疫功能。
另外,也有一些研究认为细菌EPS的免疫调节活性是由于它的物理化学特性决定的,小的带负电荷EPS (Negative-charge EPS)被认为是能够刺激特异的免疫细胞,而大的带中性电荷EPS(Neutral EPS)被认为具有更多的免疫抑制作用[32]。
Hidalgo-Cantabrana等[32]提出EPS带有电荷或具有较小的分子量时,会产生强烈或温和的免疫刺激,而那些具有较大分子量分布的中性多糖可能产生弱的免疫刺激甚至是免疫抑制活性。
随着人们对多糖的不断深入研究,其免疫学研究也取得了更加深入的进展,EPS在免疫学方面的应用已被广泛研究,且对于将来运用于提高人体对各类疾病的免疫预防奠定了一定的基础。
3 抗肿瘤活性目前,抗癌疗法主要采用的是化学疗法,但是这些人造的抗癌药物大多具有抑制造血功能、产生免疫毒性等副作用,其不溶性易形成血栓[33]。
微生物EPS的抗肿瘤活性是最早研究证明的生物学活性,随着真菌多糖和植物多糖抗肿瘤临床用药的应用[1-6],为微生物EPS的开发和应用带来依据。
细菌EPS产物作为具有抗肿瘤作用,且有望替代合成化学药物的天然产物而逐渐被接受,并引起众多研究者的关注。