细菌素简介

细菌素2l世纪的人们越来越关注食品的安全与卫生，尤其是中国近年来加入WTO，由于食品中抗生素，药物残留及防腐剂添加超标而导致的出口损失，引起了广泛的关注。

人们迫切需要探寻一种能改变这种现状的途径，于是细菌素便成为近年来研究的热点。

细菌素(Bacteriocin)具有高效、无毒、耐酸、耐高温、无残留、无抗药性、大部分基因位于质粒上、相对分子质量小、含修饰氨基酸、结构复杂等特点，因而被认为是分子遗传、基因工程、蛋白质工程和食品添加剂、化妆品、皮肤保健、抑制病原菌和调节肠道菌群的好材料(赖毅宁等，2002；Sylvie Gameau 等，2002；Ross等，2002)。

1988年乳酸链球菌素(Nisin)首次作为食品添加剂得到FDA的认可，已有52个国家和地区在使用Nisin作为食品防腐剂，从而促进了其他种类细菌素及在其他领域的研究，目前细菌素作为一种“绿色防腐剂”正日益受到人们的重视，随着饲料中益生菌的广泛推广和人们对饲料卫生的重视，细菌素在动物生产中也有着广阔的应用前景。

1细菌素的研究现状1．1细菌素的定义早在1925年，Gratia就发现大肠杆菌的v菌株能抑制夺菌株的生长，他认为是V 菌株产生的某种物质在起作用。

随后Gratia和Fredericq对v菌株产生了分离，发现是一种类似于噬菌体的物质在起作用，但这种物质不进行自主复制，Fredrericq称这种物质为大肠杆菌素。

细菌素最早是由Jacob和合作者于1953年提出的，称其为某些细菌产生的具有抗菌活性的多肽、蛋白质或蛋白质复合物。

1982年，Konisly将细菌素定义为：细菌素是某些细菌在代谢过程中通过核糖体合成机制产生的一类具有抑菌活性的多肽或前体多肽，抑菌范围不局限于同源的细菌，产生菌对其细菌素有自身免疫性。

1．2细菌素的分类细菌素根据化学结构、稳定性和相对分子质量大小可分为4类：第一类定义为羊毛硫抗生素，是一类小分子的修饰肽，含超过19。

50个的氨基酸分子，分子活性部位有羊毛硫氨酸(Lanthionine)、8一甲基羊毛硫氨酸(p—methyllanthionine)、脱氢酪氨酸(Dehydrobutyrine)和脱氢丙氨酸(Dehydroalanine)等非编码氨基酸。

Lantibiotics又可细分为2个亚类：I a类是由在靶目标膜上形成孔道的阳离子和疏水基团组成的肽，它与结构稳定的I b类相比，结构的伸展性更好；I b类是球状的肽类，它不带电或带负电。

第二类是小分子的热稳定肽(sHSP)，相对分子质量小于10 kd，具有疏水性和膜活性，其结构特征为：N末端信号肽序列长度为18—21个氨基酸，前导肽链由一个蛋氨酸开始，并常伴随一个赖氨酸；有活性的细菌素其N一末端+1的位置上通常是赖氨酸或精氨酸；可以分为3个亚类：Ⅱa类N一末端氨基酸序列为：Tvr—Gly—Asn—Gly—Val，并由2个半胱氨酸所构成的s—s桥，对李斯特氏杆菌有活性；Ⅱb类孔道复合物由2个具有不同氨基酸序列的肽类寡聚体形成；Ⅱc类能被硫醇激活、活性基团要求有还原性半胱氨酸残基。

第三类是热敏感的大分子蛋白(LHLP)，相对分子质量一般大于10 kd，通常在100℃或更低温度30 s内即失活，它们的抑菌谱较窄。

第4类是复合型的大分子复合物，除蛋白质外还含有碳水化合物或类脂基团，目前这类细菌素还未被纯化。

第2、3、4类细菌素由于不含羊毛硫氨酸羊毛硫氨基酸，所以通常又被称为非羊毛硫抗生素(non一1antibiotic bacteriocin)，其中第1、2类细菌素由于抑菌的高活性和专一性而作为食品防腐保鲜剂研究的较多。

目前，国内外对细菌素的研究较深入，已经发现了几十种细菌素，已被鉴定的细菌素有Nisin、Lactacin、Lactocin、Helveticin、FerITienticin、Sakecin、Lacticin、Plantacin、Subiicin(杨洁彬等，1996)等，其中已被广泛应用的是Nisin，也称尼生素。

Nisin是目前研究最透彻的，也是目前惟一用于商业生产的细菌素。

1．3细菌素与抗生素的区别细菌素与抗生素都由微生物产生，用量都很小，都具有一定的抗菌谱，能较强地抑制甚至杀死其他微生物。

如在食品中加入十万分之几到万分之几的Nisin，就足以抑制许多革兰阳性菌的生长和繁殖。

因为细菌素具有与抗生素相似的一些性质和作用，因此细菌素最初甚至被认为就是抗生素。

但是细菌素和抗生素是有区别的。

细菌素和临床用抗生素具有明显的区别，这表现在合成基础、作用方式、抗菌谱、毒性和耐药机制等方面。

抗生素是某些微生物通过酶促反映将初级代谢物转变为结构性的次级代谢物，诸如短杆菌肽s等，通过酶促反映把氨基酸转变为结构复杂的化合物。

而Nisin等细菌素则需要通过核糖体来合成，从而是真正的蛋白类物质。

细菌素与抗生素的根本差别是：大部分细菌素只对近缘关系的细菌有损害作用，且具有无毒、无副作用、无残留、无抗药性，同时也不污染环境等优点。

因此，细菌素的使用可以在部分情况下减少甚至取代抗生素的使用。

这也是人们研究细菌素的根本目的所在。

1．4细菌素的作用机制由于细菌素并不是对每种菌都有抑制作用，研究进行了其对特殊菌株的亲和力试验，发现菌株的磷酯组成和pH影响最低抑菌浓度(MIC)有关。

研究显示，通道的形成与靶细胞膜表面的“耦合分子基团”有关，耦合分子基团使得细菌素与靶细胞的相互作用更易于进行，从而提高细菌素的抑菌有效性。

这些阐述了Nisin和Mersacidin的作用机制。

二者都是使用脂质体II、肽聚糖前体作为对接分子与靶细胞作用。

相应的Mersacidin是抑制肽聚糖前体的合成，而Nisin主要是抑制细胞壁中肽聚糖的合成，从而使细胞壁和磷脂的合成受阻，使细胞质溢出。

现在认为，一些细胞壁的生物合成是Nisin作用的靶点。

其他的细菌素也是与靶细胞膜上的特殊位点相互作用，这些位点可能是蛋白质。

这种作用可以提高细菌素的有效性。

2细菌素在食品行业的应用对食品工业而言，Nisin已经作为一种非常重要的天然食品防腐剂在国际上进行了广泛的应用，其应用领域主要包括牛奶制品(包括鲜牛奶、奶粉、酸奶、奶酪等)、罐头食品、饮料、肉类食品、鱼类以及酒精饮料，等等。

细菌素常与其他的防腐保鲜手段结合应用，可大大提高防腐保鲜的效果。

当然在食品中添加细菌素之前，需要考虑几个因素。

首先，食品的结构和成分要估测，因为特定的成分可以影响细菌素的活性，如研究发现，细菌素可以和脂肪黏结，从而影响其活性。

其次，温度、pH和外源酶(如蛋白酶)的存在也应考虑，因为它们也是影响食品中细菌素活性的关键因素。

细菌素也可以作为发酵底物发酵的副产物存在于成熟奶酪、酸奶、腊肠、泡菜等食品中。

许多研究已经证明(郭本恒2001，马桂荣等1998)，在具有产细菌素能力的发酵过程中，可以防止和控制不良菌群引起的污染。

因此，一般认为添加产细菌素的乳酸菌到食品中比直接添加细菌素更可取。

细菌素也是最早应用于食品行业，目前对其在食品加工方面的作用已有了较完善的研究，可以参考相关资料。

经过科学家的相关试验已经证明，细菌素用于人的食品是安全，无毒，易被分解，是无害的，可靠的。

Bhunia等(2002)用细菌素Pediocin AcH对小鼠和兔分别进行皮下注射、静脉注射和腹腔注射，在免疫研究时发现，Pediocin AcH没有产生任何不良反映和致死作用，这说明了细菌素对动物和人类是安全的。

3细菌素在动物生产中的应用细菌素目前广泛应用于食品中，在动物生产中的应用较少。

目前提到最多的是作为动物饲料的添加剂，被称为是一种绿色新型饲料添加剂。

其中提到最多的是产生细菌素的乳酸菌，尤其乳杆菌是动物肠道中的优势菌，因而可以利用它们研制益生菌，进行宿主动物胃肠的生态调节。

随着其在动物，如猪、狗、牛胃肠疾病防治方面研究的深入，益生菌的作用已被越来越多的人所接受。

前不久，农业研究服务部(ARS)的一个研究小组和俄国的科学家发现，来自无害微生物的蛋白质可以减少禽类小肠中的弯曲杆菌和其他病原性细菌。

给鸡饲喂这种细菌素时，可以使弯曲杆菌的数量减少至百万分之一，因而细菌素也可以作为养禽生产中用来控制病原性细菌的抗生素的有效替代品。

另外也有学者对微生物饲料添加剂与抗生素配伍使用的可行性进行了研究，发现将微生物饲料添加剂同抗生素进行合理的配比，也能在肉鸡养殖中取得良好的效果。

罗特氏乳杆菌能在鸡肠道内分泌抗菌物质，在15—30 mg／mL的浓度下杀死沙门氏菌、大肠杆菌等致病菌，在60～150 mg/mL的浓度下，乳酸菌包括罗特氏菌本身也被抑制，其抗菌原因尚不清楚。

Gib．son等(1994)的研究发现，双歧杆菌能产生一种未知的广谱抗菌物质，具有抑制沙门氏菌、志贺菌、霍乱弧菌等病原菌的活性。

赵瑞香等(2001)对从婴儿肠道中分离出来的2株嗜酸乳杆菌的抑菌特性的研究表明，该菌株对致病性大肠埃希氏菌、金黄色葡萄球菌以及炭疽杆菌有明显的抑菌作用。

但是益生菌在动物生产中的作用效果并不是预期的那样理想，这主要是对益生菌的作用机制不太清楚，从而在选择菌种方面存在一定的盲目性。

因为决定肠道优势菌的因素不仅取决于菌种的产酸能力，而且还与菌种是否产生细菌素等因素有关，尤其与菌种的宿主专一性有很大关系。

研究肠道微生物类群与细菌素的关系，可以更好地选择益生菌菌种，使它们能更好地定植于肠道系统中，发挥出更好的功效。

我国于1994年批准使用的益生菌有芽孢杆菌、乳酸杆菌、粪链球菌、酵母菌、黑曲菌、米曲菌。

其中，乳酸杆菌和粪链球菌为肠道正常微生物，芽孢杆菌具有较高的蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶的活性，并明显提高动物生长速度和饲料利用率，于是许多生产厂家将这些菌配合起来进行使用，但是配合以后菌体活性是否受影响却没有作深入研究。

目前研究最多的就是细菌素在动物肠道中的作用，也有在其他方面的应用，国外有研究，国内研究很少，总的不是很深人。

细菌素是通过分子技术生产出来的天然细菌蛋白质，能杀死一些细菌，国外已用于治疗葡萄糖菌病和乳头药浴，溶葡萄糖菌素、链球菌素也已用于分子技术获得，不久可能用于临床。

Vederas等(2002)报道，在奶牛乳头封口添加lacticin3147可以抑制革兰阳性菌的感染，可以不用乳头栓，并且laeticin 3147对防止奶牛乳房炎有一定的潜力。

4细菌素研究的发展及应用前景细菌素在商业生产上有着巨大的潜力，但目前对于细菌素的大规模生产还有很多限制。

首先，细菌素种类很多，但目前只有Nisin一种商品，还有待于开发出更多的新商品；再者已生产的细菌素如乳酸菌，目前应用上还面临以下困难：1)大多数乳酸菌产生的细菌素抑菌谱较窄；作用不广泛；2)细菌素产生的量较少，且有些细菌素由质粒编码，产量不稳定。