黨向利,厲曉臘,劉又高,金軼偉,陳官菊,潘益虎,柴一秋?
(1.浙江省亞熱帶作物研究所,浙江溫州 325005;2.安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)植物保護(hù)學(xué)院,安徽合肥 230036)
蟬擬青霉代謝產(chǎn)物中抗菌肽分離純化試驗(yàn)初報(bào)
黨向利1,2,厲曉臘1,劉又高1,金軼偉1,陳官菊1,潘益虎1,柴一秋1?
(1.浙江省亞熱帶作物研究所,浙江溫州 325005;2.安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)植物保護(hù)學(xué)院,安徽合肥 230036)
以蟬擬青霉022007-9菌株為研究對(duì)象,對(duì)不同的發(fā)酵培養(yǎng)液對(duì)蟬擬青霉發(fā)酵液抗菌活性的影響進(jìn)行研究,篩選出較佳發(fā)酵培養(yǎng)液:0.5%蛋白胨,2%蔗糖,0.1%KH2PO4,0.05%MgSO4·7H2O,蒸餾水1L。從其代謝產(chǎn)物中,經(jīng)過濾、離心、脫糖、鹽析和各種柱層析方法,分離得到具有抗菌活性的組分G1,電泳及RP-HPLC驗(yàn)證其具有較高的純度,初步表明蟬擬青霉代謝產(chǎn)物中含有一些小分子量的具有抗菌活性的肽類物質(zhì)。G1組分對(duì)大腸桿菌和金黃色葡萄球菌具有較好的抗菌效果,具有較好的熱穩(wěn)定性,有望開發(fā)成一種天然肽類抗菌藥物和食品防腐保鮮添加劑。
蟬擬青霉;代謝產(chǎn)物;抗菌肽;發(fā)酵;純化
近年來,隨著抗生素和化學(xué)防腐劑的濫用所引發(fā)的食品安全問題頻現(xiàn),引起了人們對(duì)新型抗菌藥物和防腐保鮮添加劑研發(fā)的思考??咕氖巧锏钟鈦砦⑸锶肭值氖滓谰€,在生物的天然免疫中扮演重要角色[1-2]??咕脑谏矬w內(nèi)廣泛存在,具有抗性廣泛(抗細(xì)菌、真菌、病毒等)、無細(xì)胞毒性和不誘發(fā)抗性等特點(diǎn)[3],在抗菌殺毒和食品保鮮研究領(lǐng)域日益受到學(xué)界關(guān)注。
研究表明,真菌中具有許多結(jié)構(gòu)新穎、具有抗菌活性的物質(zhì),已發(fā)現(xiàn)的主要包括萜類、皂苷、生物堿類、芳香類、甾體類、酚類、酚酸類及肽類等[4],其中,抗菌肽是重要的一類。例如白灰制菌素(LeucinostatinA)[5]、EchinocandinA、EchinocandinB、EchinocandinD和Echinocandin H[6]、Cryptocandin[7]、恩鐮孢菌素A1、恩鐮孢菌素B、恩鐮孢菌素B1[8]和AF2[9]等。作為一類重要的真菌資源,從蟲生真菌中分離抗菌肽的研究目前并不多,僅Krasnoff等[10]從根足蟲草Cordyceps heteropoda中分離純化出2個(gè)抗菌肽類物質(zhì),cicadapeptinsI和cicadapeptinsII。
據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),全世界蟲生真菌約100屬800多種,在我國已報(bào)道的有405種[11]。與豐富的蟲生真菌資源相比,其中顯然還存在著許多未被鑒定的抗菌肽甚至新的抗菌肽種類。蟬擬青霉(Paecilomycescicadae(Miquel)Samson)是從蟬若蟲僵尸上分離到的半知菌綱擬青霉屬的蟲生真菌。前期研究表明,蟬擬青霉022007-9菌株的發(fā)酵液對(duì)多種細(xì)菌(如大腸桿菌和金黃色葡萄球菌)和真菌(如白色念球菌)均有較高的抑制作用,暗示蟬擬青霉代謝產(chǎn)物中可能存在一些具有較強(qiáng)抗菌活性的物質(zhì)。本文研究了不同的發(fā)酵培養(yǎng)液對(duì)蟬擬青霉發(fā)酵液抗菌活性的影響,確立了較佳的發(fā)酵培養(yǎng)液。通過純化,從蟬擬青霉代謝產(chǎn)物中分離得到1個(gè)具有抗菌活性的組分G1,利用Tricine-SDSPAGE蛋白電泳及RP-HPLC對(duì)其純度進(jìn)行檢測(cè),初步表明蟬擬青霉代謝產(chǎn)物中含有一些小分子量的具有抗菌活性的抗菌肽類物質(zhì)。
1.1 材料
蟲生真菌菌種為蟬擬青霉(P.cicadae(Miquel)Samson)022007-9菌株,由浙江省亞熱帶作物研究所植物保護(hù)與蟲生真菌研究室分離獲得。
供試細(xì)菌為大腸桿菌EscherichiacoliK12D31(革蘭氏陰性菌),金黃色葡萄球菌Staphylococcus aureus(革蘭氏陽性菌),由中山大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院汪延生博士贈(zèng)送。
1.2 發(fā)酵培養(yǎng)液的篩選
1.2.1 培養(yǎng)基
蟲生真菌菌種活化培養(yǎng)基。PSA培養(yǎng)基(馬鈴薯200g,蔗糖20g,瓊脂20g,蒸餾水1L)。
發(fā)酵培養(yǎng)液。①馬鈴薯200g,蔗糖20g,蒸餾水1L;②蛋白胨5g,蔗糖20g,KH2PO41g,MgSO4·7H2O0.5g,蒸餾水1L;③蛋白胨5g,葡萄糖20g,KH2PO41g,MgSO4·7H2O0.5g,蒸餾水1L。
LB營養(yǎng)豐富液體培養(yǎng)基(m/V)。1%胰蛋白胨,0.5%酵母浸出粉,1%NaCl,pH值7.0~7.2。
LB營養(yǎng)缺乏液體培養(yǎng)基(m/V)。1%胰蛋白胨,0.5%NaCl,pH值7.0~7.2。
1.2.2 發(fā)酵培養(yǎng)
蟲生真菌菌種活化及種子制備。挑取保藏菌株的成熟孢子在PSA斜面上培養(yǎng),(25±1)℃活化7~10d。用滅菌蒸餾水加入斜面中,將孢子沖洗下來,用力震搖3~5min,制成孢子懸浮液(種子),血球計(jì)數(shù)法計(jì)算孢子濃度待用。
發(fā)酵培養(yǎng)。將6×107孢子分別接種到250mL不同的發(fā)酵培養(yǎng)液中,搖床轉(zhuǎn)速120r·min-1,(25±1)℃條件下培養(yǎng)7d,重復(fù)3次。搖床結(jié)束后分別取濾液和菌絲體,測(cè)定菌絲體干重及濾液對(duì)金黃色葡萄球菌的抗菌活性。
1.3 供試細(xì)菌培養(yǎng)
細(xì)菌在LB營養(yǎng)豐富液體培養(yǎng)基中培養(yǎng),37℃過夜。為了增加生物活性測(cè)定實(shí)驗(yàn)的敏感性,生物活性測(cè)定用細(xì)菌在LB營養(yǎng)缺乏液體培養(yǎng)基中31℃培養(yǎng)18h。
1.4 抗菌活性測(cè)定
參照Lambert等[12]的平板打孔穴抑菌法,取缺乏營養(yǎng)的LB固體培養(yǎng)基約20mL,融化后冷卻至45℃左右,加入30μL的生測(cè)菌(D600=0.3),搖勻后倒入玻璃培養(yǎng)皿內(nèi)。培養(yǎng)基完全凝固后,在平板上打孔,孔徑6mm,每孔加入待測(cè)樣品100μL,以同體積的水作為對(duì)照(陰性),室溫下待樣品完全擴(kuò)散后,于37℃培養(yǎng)箱中培養(yǎng)過夜,觀察并測(cè)量抑菌圈直徑。
1.5 抗菌肽分離純化
1.5.1 發(fā)酵液處理
真菌發(fā)酵液經(jīng)雙層紗布(100目)過濾去除菌絲后,4℃12000r·min-1離心30min除去發(fā)酵液中較大顆粒物質(zhì)。按10∶1(V/V)加入無水乙醇,64℃下旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)濃縮至50倍。按1∶3(V/V)加入無水乙醇,充分?jǐn)嚢韬?,?℃冰箱內(nèi)靜置過夜沉淀多糖,后在4℃下,12000r·min-1離心30min。收集上清,64℃下旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)至干。用滅菌蒸餾水重溶,得樣品A。檢測(cè)其對(duì)細(xì)菌的抗菌活性。
1.5.2 硫酸銨鹽析
將上述滅菌蒸餾水重溶后的樣品A在4℃條件下緩慢加入固體硫酸銨,邊加邊攪拌使硫酸銨的飽和度達(dá)到60%,攪拌30min,靜置過夜,后在4℃下,12000r·min-1離心30min。分別收集上清和沉淀。沉淀溶于滅菌蒸餾水中,經(jīng)0.45μmol· L-1膜過濾后,保留濾液,得樣品B。對(duì)濾液和脫鹽后的上清進(jìn)行抗菌活性測(cè)定和Tricine-SDS-PAGE電泳檢測(cè)。
1.5.3 SephadexG-15柱層析
將樣品B(1mL)上樣于SephadexG-15柱(2.6cm×10cm),以純水作為流動(dòng)相洗脫,流速4mL·min-1,檢測(cè)波長為280nm,按峰收集各組分。冷干后用滅菌蒸餾水重溶,檢測(cè)各自的抗菌活性,保留活性峰(得樣品II),低溫下凍存。
1.5.4 DEAE-SepharoseFF陰離子交換層析
將SephadexG-15層析后活性峰樣品(II)1mL上樣于DEAE-SepharoseFF陰離子交換柱(2.6cm×10cm),流速3mL·min-1,檢測(cè)波長280nm。分別以0.05,0.1,0.3,0.5和1mol· L-1NaCl緩沖液(pH值6.5)進(jìn)行洗脫,收集各峰組分,冷干后用滅菌蒸餾水重溶,檢測(cè)各個(gè)峰組分的抗菌活性,保留活性峰(得樣品1),低溫凍存。Tricine-SDS-PAGE蛋白電泳檢測(cè)其組成。
1.5.5 SephadexG-50柱層析
將樣品1(1mL)上樣于SephadexG-50柱(1.6cm×30cm),以0.05mol·L-1NaCL緩沖液(pH值6.5)作為流動(dòng)相洗脫,流速0.4mL· min-1,檢測(cè)波長280nm,4mL·管-1收集各組分。冷干后用滅菌蒸餾水重溶,檢測(cè)各組分的抗菌活性,保留活性峰(得到樣品G1),低溫凍存。Tricine-SDS-PAGE蛋白電泳檢測(cè)其組成。
1.6 純化樣品的Tricine-SDS-PAGE電泳檢測(cè)
純化樣品的純度及分子量估算參考Sch?gger等[13]的Tricine-SDS-PAGE電泳方法進(jìn)行,用4%濃縮膠,16.5%離膠。將樣品和樣品緩沖液按1∶1(V/V)混合,沸水浴加熱5min,5000g離心7min。上清每孔上樣15μL。30V電壓電泳至樣品完全從濃縮膠進(jìn)入分離膠時(shí),電壓加至80V電泳,當(dāng)溴酚藍(lán)指示劑遷移至分離膠底部時(shí),停止電泳。染色20~30min(染色液:50%甲醇,10%乙醇,0.2%G-250),脫色液(10%甲醇,10%冰醋酸)脫色20~30min,脫色完畢,把膠放在水中觀察拍照。
1.7 RP-HPLC(反相-高效液相色譜)檢測(cè)
將SephadexG-50柱層析后活性峰樣品(G1)經(jīng)自動(dòng)進(jìn)樣器進(jìn)樣,上樣體積10μL,色譜柱:SunFireTMC18(4.6mm×250mm,5μmol·L-1,Waters),系統(tǒng):AgilentTechnologies1200series。用2%乙腈水溶液(含0.05%三氟乙酸)沖洗8min。然后用2%~60%乙腈水溶液(含0.05%三氟乙酸)梯度洗脫60min;最后用100%乙腈沖洗8min。流速:0.5mL·min-1。柱溫:室溫。220nm波段檢測(cè)。
2.1 發(fā)酵培養(yǎng)液篩選
不同的發(fā)酵培養(yǎng)液對(duì)蟬擬青霉發(fā)酵液抗菌活性的影響見表1。無論是從抑菌圈直徑,還是從單位重量菌絲體產(chǎn)生的抑菌圈直徑(即抗菌效價(jià))來評(píng)價(jià),②號(hào)發(fā)酵培養(yǎng)液的抗菌效果要優(yōu)于①號(hào),抗菌效價(jià)提高了39.6%。對(duì)比②號(hào)和③號(hào)發(fā)酵培養(yǎng)液(氮源固定,碳源變化)可以看出,不同的碳源既影響菌體生長,又影響抗菌效價(jià)。從抗菌效價(jià)上看,②號(hào)培養(yǎng)液的效果明顯優(yōu)于③號(hào)培養(yǎng)液,抗菌效價(jià)提高58.5%。據(jù)此,確定實(shí)驗(yàn)室條件下,蟬擬青霉022007-9菌株以②號(hào)培養(yǎng)液最適宜培養(yǎng)產(chǎn)生具有較高抗菌效價(jià)的發(fā)酵液。
表1 不同發(fā)酵培養(yǎng)液對(duì)發(fā)酵液抗菌活性的影響
2.2 抗菌肽分離純化
2.2.1 處理后發(fā)酵液的抗菌活性
處理后的發(fā)酵液對(duì)革蘭氏陰性菌(E.coli K12D31)和革蘭氏陽性菌(S.a(chǎn)ureus)均具有抗菌活性,抑菌圈直徑分別為(20.50±0.50)mm和(22.83±0.76)mm,對(duì)S.a(chǎn)ureus抗菌活性更高。
2.2.2 硫酸銨鹽析
從圖1可以看出,硫酸銨鹽析后活性組分完全保留在沉淀中,而上清脫鹽后的2個(gè)組分不具有抗菌活性。Tricine-SDS-PAGE小肽電泳檢測(cè)結(jié)果如圖2所示,沉淀中的蛋白類物質(zhì)主要是一些分子量小于14.4kDa的小分子蛋白或肽類,暗示蟬擬青霉發(fā)酵液中可能有一些具有抗菌活性的蛋白或肽類。而鹽析后的上清中只含有極少量分子量較大的蛋白類物質(zhì)。
圖1 鹽析后沉淀及上清對(duì)E.coli(A)和S.a(chǎn)ureus(B)的抗菌活性
圖2 鹽析后沉淀及上清Tricine-SDS-PAGE電泳檢測(cè)
2.2.3 SephadexG-15柱層析
鹽析后活性組分(沉淀,即樣品B)經(jīng)SephadexG-15柱層析后的色譜圖如圖3所示。從圖3可以看出,經(jīng)SephadexG-15柱層析后得到Ⅰ和Ⅱ2個(gè)組分。2個(gè)組分的抗菌活性結(jié)果如圖4所示,其中組分Ⅱ具有抗菌活性(圖4中4號(hào)點(diǎn)樣孔),對(duì)E.coliK12D31和S.a(chǎn)ureus的抑菌圈直徑分別為11.5mm和10.5mm,而組分I沒有抗菌活性。
2.2.4 DEAE-SepharoseFF陰離子交換層析
SephadexG-15柱層析后活性峰組分Ⅱ經(jīng)DEAE-SepharoseFF陰離子交換層析后的色譜結(jié)果如圖5所示。共收集得到5個(gè)峰組分,其中第1個(gè)洗脫峰(峰1,即0.05mol·L-1NaCl洗脫下來的峰)即為活性峰,對(duì)S.a(chǎn)ureus的抑菌圈直徑為18.5mm,其余各峰組分均沒有抗菌活性。
圖3 鹽析后沉淀的SephadexG-15柱層析色譜圖
圖5 SephadexG-15柱層析后活性組分Ⅱ的陰離子交換層析
2.2.5 SephadexG-50柱層析
陰離子交換層析后活性組分1進(jìn)行Sephadex G-50柱層析,色譜結(jié)果如圖6所示。在試驗(yàn)中共收集了19個(gè)組分,其中G1組分具有抗菌活性,抑菌圈直徑為19mm。
圖6 陰離子交換層析后活性組分的SephadexG-50柱層析
2.3 蟬擬青霉抗菌肽對(duì)細(xì)菌的抑制活性
如表2所示,蟬擬青霉抗菌肽對(duì)革蘭氏陰性菌(E.coliK12D31)和革蘭氏陽性菌(S.a(chǎn)ureus)均具有抗菌活性,且效果要好于常用的天然肽類防腐劑(Nisin)和化學(xué)防腐保鮮劑(脫氫醋酸鈉)。
表2 蟬擬青霉抗菌肽、Nisin和脫氫醋酸鈉對(duì)細(xì)菌的抑制作用
2.4 Tricine-SDS-PAGE電泳
SephadexG-50柱層析后活性組分(G1)的Tricine-SDS-PAGE電泳結(jié)果如圖7所示。與未純化的濃縮發(fā)酵液(圖7第1泳道)相比,G1組分顯示出了較高的純度,分子量主要是一些低于5.8ku的小肽(圖中箭頭所示的小肽分子量約為5.8ku),進(jìn)一步表明蟬擬青霉代謝產(chǎn)物中抗菌物質(zhì)可能是小分子量的抗菌肽類。箭頭所示的5.8ku的小肽是其中的主要成分。
2.5 RP-HPLC檢測(cè)
對(duì)SephadexG-50柱層析后活性組分(G1)利用RP-HPLC進(jìn)行檢測(cè),結(jié)果見圖8。G1活性組分經(jīng)RP-HPLC層析分離后,各個(gè)色譜峰分離效果較好,含有6個(gè)主要的峰組分。
圖7 分離純化各組分的Tricine-SDS-PAGE電泳
圖8 SephadexG-50柱層析后活性組分的RP-HPLC檢測(cè)結(jié)果
本文對(duì)產(chǎn)生抗菌肽的蟲生真菌蟬擬青霉的發(fā)酵培養(yǎng)液進(jìn)行了初步篩選,篩選出的較佳的發(fā)酵培養(yǎng)液為,0.5%蛋白胨,2%蔗糖,0.1%KH2PO4,0.05%MgSO4·7H2O。從其代謝產(chǎn)物中,經(jīng)過濾、離心、脫糖、鹽析和各種柱層析,分離得到了具有抗菌活性的組分G1,電泳及RP-HPLC試驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證其具有較高的純度,初步表明蟬擬青霉代謝產(chǎn)物中含有一些小分子量(低于5.8ku)的具有抗菌活性的肽類物質(zhì)。所分離出的抗菌肽類物質(zhì)具有較好的熱穩(wěn)定性(64℃下處理6h不喪失抗菌活性),對(duì)大腸桿菌和金黃色葡萄球菌具有較好的抗菌活性。但本研究從蟬擬青霉代謝產(chǎn)物中分離出的抗菌肽是何類型,是一種還是多種,這些都有待今后深入研究。
在開始對(duì)任意來源的材料進(jìn)行分離純化之前,研究其活性的來源非常重要。微生物在生長代謝過程中分泌2種類型的代謝產(chǎn)物,初級(jí)代謝產(chǎn)物和次級(jí)代謝產(chǎn)物。前者是微生物在對(duì)數(shù)生長期的產(chǎn)物,后者是穩(wěn)定期的產(chǎn)物。真菌產(chǎn)生的抗菌物質(zhì)是微生物的次級(jí)代謝產(chǎn)物[14]。培養(yǎng)條件對(duì)次級(jí)代謝產(chǎn)物的種類和產(chǎn)量影響較大。本研究只對(duì)產(chǎn)生抗菌肽的蟬擬青霉發(fā)酵培養(yǎng)液進(jìn)行了初步的篩選,對(duì)其他因素(如營養(yǎng)成分、培養(yǎng)溫度、pH條件等)并未進(jìn)行優(yōu)化,因而蟬擬青霉產(chǎn)生抗菌肽的最佳發(fā)酵條件還需通過一系列的多因素交叉試驗(yàn)來確定。
根據(jù)目前所掌握的文獻(xiàn)資料顯示,真菌來源的抗菌肽數(shù)量很少。而從蟲生真菌中分離抗菌肽的研究更為少見。蟬擬青霉代謝產(chǎn)物中的抗菌肽具有較好的抗菌活性,在本研究中,其在較低的純度條件下就顯示出優(yōu)于天然肽類防腐劑Nisin和化學(xué)防腐保鮮劑脫氫醋酸鈉的抗菌效果,而且具有較高的耐熱性。當(dāng)前,在多重耐藥菌難于控制和化學(xué)防腐劑不時(shí)引起食品安全問題的背景下,傳統(tǒng)的抗菌藥物和抗生素研發(fā)周期過長,難以滿足市場(chǎng)需求,從蟬擬青霉代謝產(chǎn)物中研發(fā)天然肽類抗菌藥物和食品防腐保鮮添加劑無疑為相關(guān)研究提供了一種新的思路。
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(責(zé)任編輯:高 峻)
Q939.9
A
0528-9017(2014)08-1232-05
文獻(xiàn)著錄格式:黨向利,厲曉臘,劉又高,等.蟬擬青霉代謝產(chǎn)物中抗菌肽分離純化試驗(yàn)初報(bào)[J].浙江農(nóng)業(yè)科學(xué),2014(8):1232-1237.
2014-03-18
浙江省科技計(jì)劃項(xiàng)目(2012C22071);浙江省自然科學(xué)基金(Y3110597;Y3100625);溫州市科技計(jì)劃項(xiàng)目(S20090017);浙江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院博士啟動(dòng)項(xiàng)目
黨向利(1977-),男,山東棗莊人,博士,副研究員,主要從事抗菌肽及昆蟲免疫研究工作。E-mail:xianglidang@aliyun.com。
柴一秋。E-mail:chai-yiqiu@yeah.net。