乳酸链球菌素说明

概述/性质

乳酸链球菌素（Nisin）是由属于乳球菌属和链球菌属的一组革兰氏阳性菌产生的细菌素。在结构上，它是一种具有 34 个氨基酸的多肽，具有阳离子和疏水特性(1-3)，摩尔质量为 3500 Da，属于羊毛硫抗生素家族，因为它含有羊毛硫氨酸和甲基羊毛硫氨酸基团。 此外，不寻常的氨基酸可能是乳酸链球菌素的重要功能特性的原因，即耐酸、低 pH 下的热稳定性和特定的杀菌作用模式 (1-3)。

乳酸链球菌素有两种变体（A 和 Z），它们的区别在于单个氨基酸取代了乳链菌肽 A 中第 27 位的组氨酸和乳链菌肽 Z 中的天冬酰胺。结构修饰对抗菌活性没有影响，但它赋予了乳链菌肽 Z 与乳酸链球菌素 A 相比具有更高的溶解度和扩散特性，这是食品应用的重要特性(1-3)。

图1：乳酸链球菌素

作用机理

乳酸链球菌素是一种有效的杀菌剂，可对抗革兰氏阳性菌，包括乳球菌、链球菌、葡萄球菌、微球菌、片球菌、乳杆菌、李斯特菌和分枝杆菌（3-5）。 革兰氏阳性孢子，如芽孢杆菌和梭状芽孢杆菌。 对乳酸链球菌素特别敏感，孢子比营养细胞更敏感。乳酸链球菌素对靶标细菌的作用是在细胞质膜上发挥作用的。乳链菌肽形成孔洞，破坏质子动力和 pH 平衡，导致离子泄漏和 ATP 水解，导致细胞死亡（3-5）。

用途

在过去的几十年中，乳酸链球菌素已被广泛用作食品生物防腐剂。 从那时起，许多天然和基因改造的乳酸链球菌素变体被鉴定并研究了它们独特的抗菌特性。 Nisin 是 FDA 批准的，通常被认为是一种安全的肽，具有公认的临床应用潜力。 在过去的二十年中，乳酸链球菌素的应用已扩展到生物医学领域。 有研究报道，乳链菌肽可以阻止耐药菌株的生长，如耐甲氧西林金黄色葡萄球菌、肺炎链球菌、肠球菌和艰难梭菌(3)。 Nisin 现在已被证明对革兰氏阳性和革兰氏阴性疾病相关病原体具有抗菌活性。 据报道，乳酸链球菌素具有抗生物膜特性，可以与常规治疗药物协同作用。 此外，与宿主防御肽一样，乳链菌肽可以激活适应性免疫反应并具有免疫调节作用。 越来越多的证据表明乳酸链球菌素可以影响肿瘤的生长并对癌细胞表现出选择性的细胞毒性，因此在癌症治疗方面也开始发挥潜力(3)。

图2：乳酸链球菌素的时间线。

制备

乳酸链球菌素是通过乳酸乳球菌亚种菌株发酵液态奶或乳清制造的。所得发酵液随后被浓缩和分离，喷雾干燥并研磨以产生小颗粒。 最终产品可以从不同的供应商（例如 SigmaeAldrich, St. Louis, MO, and Aplin and Barrett Ltd.）购买，通常含有由乳蛋白和盐组成的固体平衡：2.5% 乳链菌肽，74.4% 氯化钠、23.8% 的变性乳固体和 1.7% 的水分（6）（Taylor、Davidson 和 Zhong，2007 年）。生产的效果通常需要复杂的培养环境和精细控制的参数，如温度和 pH 值。

毒性

据报道，乳酸链球菌素不具有显著的亚慢性或慢性毒性、生殖/发育毒性、遗传毒性和致癌性（7）。

参考文献

1. Chandrapati, S., & O’Sullivan, D. J. (1998). Procedure for quantifiable assessment of nutritional parameters influencing Nisin production by Lactococcus lactis subsp. lactis. Journal of Biotechnology, 63, 229e233.

2. Laridi, R., Kheadr, E. E., Benech, R. O., Vuillemard, J. C., Lacroix, C., & Fliss, I. (2003). Liposome encapsulated nisin Z: optimization, stability and release during milk fermentation. International Dairy Journal, 13, 325e336.

3. Shin, J. M., et al. "Biomedical applications of nisin." Journal of Applied Microbiology 120.6(2016).

4. Hasper, He , et al. "An Alternative Bactericidal Mechanism of Action for Lantibiotic Peptides That Target Lipid II." Science 313(2006):1636-1637.

5. De Vuyst, L., & Vandamme, E. J. (1994). Nisin, a lantibiotic produced by Lactococcus lactis subsp. Lactis: properties, biosynthesis, fer- mentation and applications. In: Bacteriocins of Lactic acid bacteria (pp. 1e221). London: Blackie Academic & Professional.

6. Taylor, T. M., Davidson, P. M., & Zhong, Q. (2007). Extraction of nisin from a 2.5% commercial nisin product using methanol and ethanol solutions. Journal of Food Protection, 70(5), 1272e1276.

7.  K.V. Reddy, C. Aranha, S.M. Gupta, R.D. Yedery. Evaluation of antimicrobial peptide nisin as a safe vaginal contraceptive agent in rabbits: in vitro and in vivo studies Reproduction, 128 (2004), pp. 117-126