1 细菌素的来源、分类与生物合成机制
1.1 细菌素的来源
1.2 细菌素的分类
表1 LAB细菌素的分类、主要分子特征及抑菌特性Table 1 Classification, main molecular characteristics and bacteriostatic properties of LAB bacteriocins |
| 分类 Classifications | 主要分子特征 Main molecular characteristics | 代表性细菌素 Representative bacteriocin | 抑菌特性 Bacteriostatic properties | 参考文献 References |
|---|---|---|---|---|
| Ⅰ | 分子质量小于5 kDa,含特殊氨基酸,经翻 译后修饰成环状结构,热稳定性高 | Nisin、Lacticin 481、 Lactocin S | 主要作用于 革兰氏阳性菌 | [27] |
| Ⅱa | 分子质量小于10 kDa,单肽, N端含保守序列 | Pediocin PA-1 | 对李斯特菌具有 强抑制活性 | [28] |
| Ⅱb | 分子质量小于10 kDa,双肽,由2条 不同多肽组成,需协同作用发挥活性 | Lactococcin G、 Lactococcin M、 Lactacin F | 对部分革兰氏 阳性菌有效 | [29] |
| Ⅱc | 分子质量小于10 kDa,单肽,N端与C端共 价连接形成环状结构,热稳定性高 | Lactococcin B | 对多种革兰氏 阳性菌有效, 抑菌谱相对较广 | [30] |
| Ⅲ | 分子质量大于30 kDa,热不稳定 | Helveticin J、 Acidophilucin A | 对特定革兰氏 阳性菌有效 | [31] |
| Ⅳ | 复合型细菌素,由蛋白质及1种或 多种非蛋白质化学成分组成 | Plantaricin S、 Leuconocin S | 主要抑制部分革兰氏 阳性菌,作用 机制尚不明确 | [32] |
Nisin:乳酸链球菌素;Lacticin:乳链球菌素;Lactocin:乳杆菌素;Pediocin:片球菌素;Lactococcin:乳球菌素;Lactacin:乳酸菌素;Helveticin:瑞士乳杆菌素;Acidophilucin:嗜酸乳杆菌素;Plantaricin:植物乳杆菌素;Leuconocin:明串珠菌素。下表同 the same as below。 |
1.3 细菌素的生物合成机制
表2 Ⅰ类及Ⅱ类细菌素的生物合成与分泌机制Table 2 Biosynthesis and secretion mechanisms of class Ⅰ and class Ⅱ bacteriocins[38-42] |
| 项目Items | Ⅰ类Class Ⅰ | Ⅱ类Class Ⅱ |
|---|---|---|
| 代表性细菌素 Representative bacteriocins | Nisin | Pediocin |
| 基因定位与组成 Gene localization and composition | 通常位于染色体;基因簇包括结构基因、修 饰基因、转运基因、调控基因和免疫基因 | 多位于质粒;基因簇通常包括结构 基因、转运基因及免疫基因 |
| 前体肽特征 Precursor peptide characteristics | 含N端前导肽的前体肽(NisA) | 含N端双甘氨酸型前导肽的 前体肽(PedA) |
| 修饰方式 Modification approach | 在胞质内经脱水酶NisB、环化酶NisC进行 翻译后修饰;胞外由丝氨酸蛋白酶NisP切除 前导肽形成成熟肽 | 一般不经复杂翻译后修饰;由 ABC转运蛋白在转运过程中切除前 导肽形成成熟肽 |
| 分泌机制 Secretion mechanism | 由ABC转运蛋白NisT介导跨膜转运 | 由ABC转运蛋白PedD直接分泌至胞外 |
| 调控机制 Regulatory mechanism | 受双组分系统NisK/NisR调控[群体 感应(QS)依赖型正反馈调控] | 部分Ⅱb、Ⅱc类受QS调控;部分Ⅱa类 (如Pediocin PA-1)通常不依赖QS系统 |
| 免疫机制 Immunity mechanism | NisI及NisEFG介导免疫保护 | PedB阻断细菌素与宿主膜结合或孔道形成 |
2 细菌素的异源表达系统
2.1 E. coli异源表达系统
表3 E. coli异源表达系统中细菌素的种类及应用现状Table 3 Types and current applications of bacteriocins produced using E.coli heterologous expression system |
| 细菌素 Bacteriocins | 类型 Types | 来源菌 Source strain | 宿主菌 Host strain | 表达方式 Expression form | 应用 Applications | 参考文献 References | |||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Pediocin PA-1 | Ⅱa | Pediococcus acidilactici | E. coli Rosetta (DE3) | 融合表达 | 抗单增李斯特菌活性研究 | [47] | |||||||
| Enterocin A | Ⅱa | Enterococcus faecium | E. coli BL21 (DE3) | 融合表达 | 抗革兰氏阳性菌机制研究 | [52] | |||||||
| Enterocin P | Ⅱa | Enterococcus faecium | E. coli Tuner (DE3) | 可溶性表达 | 抗菌谱分析与功能验证 | [53] | |||||||
| Plantaricin NC8 | Ⅱb | Lactobacillus plantarum | E.coli BL21 (DE3) | 融合表达 | 抗沙门氏菌等食源性病 原菌活性研究 | [48] | |||||||
| Plantaricin EF | Ⅱb | Lactobacillus plantarum | E. coli BL21 (DE3) | 双肽共表达 | 协同抑菌作用机制 | [54] | |||||||
| Lactococcin A | Ⅱ | Lactococcus lactis | E. coli BL21 (DE3) | 融合表达 | 抗乳球菌菌株作用 机制与耐药性分析 | [55-56] | |||||||
| Bacteriocin E50-52 | Ⅱa | Enterococcus faecium | E. coli BL21 (DE3) | 重组表达 | 抗肠道致病菌潜力评估 | [57-58] | |||||||
| Nisin (precursor peptide) | Ⅰ | Lactococcus lactis | E. coli BL21 (DE3) | 仅表达nisA | 结构与前体肽性质研究 | [49,59] | |||||||
| Nisin (engineered expression) | Ⅰ | Lactococcus lactis | E. coli BL21 (DE3) | 共表达nisA、 nisB和nisC | 翻译后修饰与 机制研究 | [60] |
Enterocin:肠球菌素;Bacteriocin:细菌素;precursor peptide:前体肽;engineered expression system:工程化体系;Pediococcus acidilactici:乳酸片球菌;Enterococcus faecium:屎肠球菌;Lactobacillus plantarum:植物乳杆菌;Lactococcus lactis:乳酸乳球菌。下表同 the same as below。 |
2.2 酵母异源表达系统
表4 酵母异源表达系统中细菌素的种类及应用现状Table 4 Types and current applications of bacteriocins produced using yeast heterologous expression system |
| 细菌素 Bacteriocins | 类型 Types | 来源菌 Source strain | 宿主菌 Host strain | 表达方式 Expression form | 应用 Applications | 参考文献 References |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Pediocin PA-1 | Ⅱa | Pediococcus acidilactici | P. pastoris X33 | α-因子分泌表达 | 抗李斯特菌应用研究 | [14] |
| Enterocin P | Ⅱa | Enterococcus faecium | P. pastoris X33 | α-因子分泌表达, pPICZαA表达载体, 甲醇诱导 | 抗革兰氏阳性 菌应用研究 | [71] |
| Hybrid peptide EF 1 | Ⅱb | Lactobacillus plantarum | P. pastoris | α-因子分泌表达 | 异源表达与 抗菌活性验证 | [72] |
| Enterocin L50A/L50B | Ⅱa | Enterococcus faecium L50 | S. cerevisiae | α-因子分泌表达 | 抗革兰氏 阳性菌活性研究 | [19] |
| Plantaricin 423 | Ⅱa | Lactobacillus plantarum 423 | S. cerevisiae Y294 | α-因子分泌表达 | 分子功能与抗菌谱研究 | [73] |
| Hiracin JM79 | Ⅱa | Enterococcus hirae | P. pastoris X33 | 交配因子α1(MFα1) 信号肽分泌表达 | 异源表达与 抗菌活性验证 | [74] |
Hybrid peptide:杂合肽;Hiracin:海乐霉素;Enterococcus hirae:海氏肠球菌;P. pastoris:毕赤酵母 Pichia pastoris;S. cerevisiae:酿酒酵母 Saccharomyces cerevisiae。 |

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