芽胞杆菌的应用

背景^[1][2][3]

芽胞杆菌系一类能生成芽胞的革兰阳性大杆菌。菌大，长约1.2～7μm，宽0.3～2.2μm，此类菌广泛分布于自然界，尤其在污泥、腐物较多的土壤及下水道中更为多见。其中致病菌有破伤风杆菌、炭疽杆菌、产芽胞杆菌等；非致病菌有多粘杆菌、蜡样杆菌、嗜热脂肪杆菌等。芽胞杆菌对外界环境抵抗力强，致病菌多能引起严重疾病。

1996 年，van Waasbergen 等首次发现芽胞杆菌Bacillus sp. SG-1 的芽胞具漆酶样(Laccase-like)活性，次年发现球形芽胞杆菌的芽胞具有漆酶样活性，芽胞杆菌漆酶的研究由此展开。2001 年证实CotA 属于漆酶蛋白，该蛋白由cotA 基因编码(芽胞外衣蛋白)，大小约为65 kD。此后，在地衣芽胞杆菌(B.licheniformis)、Bacillus sp. HR03、短小芽胞杆菌(B. pumilus)、克劳氏芽胞杆菌(B. clausii)等菌中也发现了CotA 漆酶。

近年来， 科研工作者还发现死谷芽胞杆菌(B.vallismortis)、Bacillus sp. XJT-7、坚强芽胞杆菌(B.firmus)、解淀粉芽胞杆菌(B. amyloliquefaciens)萎缩芽胞杆菌(B. atrophaeus)等菌的芽胞也都具有漆酶活性，而Bacillus sp. HR03、Bacillus sp.ADR、Bacillus sp. FOR、蜡状芽胞杆菌(B.cereus)、Bacillus sp. SHC1和特基拉芽胞杆菌B. tequilensis)等菌可产胞外漆酶，奥德赛芽胞杆菌(B. odysseyi)、B. subtilis WPI、Bacillus sp.UN2等菌可产胞内漆酶。

此外，Bacillus sp.VUS、苏云金芽胞杆菌(B. thuringiensis)、Bacillus sp. CS-1 以及Bacillus sp. CS-2等菌胞内均能检测到漆酶酶活，可产漆酶而未提及漆酶位置的有耐盐芽胞杆菌(B. halodurans)和纺锤芽胞杆菌(B.fusiformis)。芽胞杆菌科于1895建立，模式属为芽胞杆菌属，该科51个属481个种，以下以地衣芽孢杆菌进行介绍。

菌体活性^[4]

1. 益生保健作用

有些地衣芽胞杆菌对葡萄球菌、白色念球菌、酵母和大肠杆菌有抑制作用，特别是对某些肠道病原菌有拮抗作用，而对厌氧的有益菌如双歧杆菌、乳酸杆菌拟杆菌、消化性链球菌有促菌或共生作用，因此地衣芽胞杆菌已成功应用于医药中，如以活体菌株制成胶囊及口服液(如整肠生胶囊)，治疗肠道疾病。

另外，研究发现，双歧杆菌和地衣芽胞杆菌联合的肠生态制剂与化疗药物同时使用，不仅对H22腹水癌细胞具有杀伤和促进凋亡作用，还可延长荷瘤小鼠生命周期，提高化疗的效果，为临床试验奠定了基础。

2. 在动植物上的抑菌活性作用

有些地衣芽胞杆菌对有害菌有明显的抑制作用，可增强动、植物及人体的抗病力及免疫应答能力。因此，地衣芽胞杆菌被广泛应用于饲料及生物农业领域。在奶牛饲料中添加地衣芽胞杆菌制剂，具有增强奶牛抵抗热应激的能力，可抑制有害菌生长，起到防病、抗病的作用。

研究表明，地衣芽胞杆菌对棉花枯萎病、黄萎病的病原菌有拮抗作用。地衣芽胞杆菌DNN6 对西瓜枯萎病、棉花枯萎病、玉米早疫病、瓜类枯萎病、苹果粉红病、番茄灰霉病、辣椒青枯病的病原菌和禾古镰刀菌等有很强的抑制活性。因此，地衣芽胞杆菌在植物及采后水果病害防治方面具有较大应用潜力。

3. 固氮作用

从毛竹根际分离出固氮菌，初步镜检其为芽胞杆菌，进一步鉴定确定其主要为多粘芽胞杆菌和地衣芽胞杆菌，表明地衣芽胞杆菌可能具有与固氮作用相关的功能。

应用^[4]

地衣芽胞杆菌：地衣芽胞杆菌( Bacillus licheniformis) 属厚壁菌门(Firmicutes) 芽胞杆菌科( Bacillaceae)，是一种常见的革兰氏阳性( G + ) 细菌，广泛分布在土壤、空气和腐败有机物上。细胞形态和排列呈杆状、单生，长2.5 ～ 3.5 μm； 宽0.8～1.5 μm。产生近中生的椭圆状芽胞，包囊稍膨大。细胞染色均匀，很少成链。无荚膜，无鞭毛，能运动。生长环境为35 ± 1℃、pH 7.0 左右。

地衣芽胞杆菌具有耐热、酶系丰富、产酶量高和安全等诸多优良特性，被认为是较理想的工业生产菌株，主要用来生产淀粉酶及蛋白酶。近年国内外对地衣芽胞杆菌的研究报道逐渐增多。研究表明，地衣芽胞杆菌能够产生多种生物活性物质，包括多糖、蛋白质、非肽类质，和一些小分子活性物质。

1. 多糖类物质

地衣芽胞杆菌TS-01 是一种益生菌，在发酵过程中的主要代谢产物之一为多糖。地衣芽胞杆菌TS-01 生产的胞外多糖可清除胞内DPPH 自由基，且多糖浓度越高作用越强，此外还对T 淋巴细胞和B 淋巴细胞转化有增强作用。由于地衣芽胞杆菌TS-01 繁殖速度快，胞外多糖易与菌体分离，其应用前景非常乐观。

2. 酶类活性物质

地衣芽胞杆菌可产生丰富的胞外酶系，可以有效地降解各种大分子物质。地衣芽胞杆菌突变菌株ZJUEL31410 所产生的弹性蛋白酶具有较强的耐酸性能和较好的溶酶活性。由于微生物易扩大培养，可以大规模生产，且成本低，设备利用率高，不受原料来源的限制，在生产过程中可以解决许多实际问题。

采用易错聚合酶链反应( errorprone PCR) ，通过体外分子定向进化的方法优化改进了地衣芽胞杆菌产生的α-淀粉酶( BLA) 的酸稳定性，使其更适于应用到工业生产过程中，而且通过微生物的大规模发酵生产还可以克服传统提取对原料来源的依赖性。对于优良的地衣芽胞杆菌菌株产生的α-淀粉酶的新功能及新特性还有待进一步探索，以进一步提高其工业应用价值。

3. 脂肽类生物表面活性剂

脂肽类生物表面活性剂具有抗病毒的作用，尤其对疱疹病毒和逆转录病毒的灭活效率更高，在医药行业应用广泛。脂肽类生物表面活性剂还具降解有害农药的作用。研究表明地衣菌素是比枯草菌表面活性剂更有效的阳离子螯合剂，在土壤金属污染治理及原油增采和输送方面也具有开发应用前景。

4. 杆菌肽

杆菌肽又叫枯草菌肽，具有高效抗菌、不产生交叉耐药性及抗药性等优点，在动物养殖业中常作为抗生素饲料添加剂。由地衣芽胞杆菌产生的杆菌肽类物质，是一种短肽类新型广谱抗生素，对许多G + 和G － 细菌如肺炎双球菌、金黄色葡萄球菌、脑膜炎双球菌及螺旋体都有较强的抑菌效果，因此，对其进行开发可为医药、生物饲料等领域提供更多选择。

5. 小分子活性物质

地衣芽胞杆菌除了产生多糖和酶等大分子之外，还可形成许多小分子次生代谢产物。

1）细胞分裂素：地衣芽胞杆菌能产生细胞分裂素。如利用地衣芽胞杆菌发酵生产细胞分裂素，并在黄瓜上进行了田间应用试验，结果表明该物质对黄瓜的产量和抗病性均有促进作用，为细胞分裂素的应用及地衣芽胞杆菌的功能研究奠定了基础。

2）苯乙酸：地衣芽胞杆菌可以产生苯乙酸一类的抗菌物质，具有抑制多种植物病原菌的功能。从发酵的大豆中分离到一株拮抗地衣芽胞杆菌B65-1，通过分离纯化得到该菌株产生的拮抗物质，经EI-MS 和NMR 分析确定为苯乙酸，研究发现其对酵母和多种细菌有拮抗作用。

3）生长调节类物质：研究表明，地衣芽胞杆菌可产生玉米素、异戊烯基腺嘌呤和玉米素核苷，这些活性物质可作为生长调节剂促进作物生长。神州汉邦生物技术有限公司2004 年公布了一项关于地衣芽胞杆菌生产玉米素、异戊烯基腺嘌呤和玉米素核苷的植物生长调节剂专利，进一步开发可应用于大田生产中。

4）特征风味化合物：微生物在生长代谢活动与发酵过程中，通过物理化学反应的相互作用可产生许多特殊的风味物质，为酿造奠定了坚实的基础。地衣芽胞杆菌也可形成风味物质，在地衣芽胞杆菌的发酵液中检测到乙偶姻、四甲基吡嗪和呋喃扭尔，是产酱香细菌发酵产生的特征性产物。

主要参考资料

[1] 新编实用医学词典

[2] 刘波, 王阶平, 陶天申, 等. 芽胞杆菌属及其近缘属种名目录[J]. 福建农业学报, 2015 (1): 38-59.

[3] 周稳, 管政兵, 蔡宇杰, 等. 芽胞杆菌漆酶的研究进展[J]. 微生物学通报, 2015, 42(7): 1372-1383.

[4] 杨阳, 张付云, 苍桂璐, 等. 地衣芽胞杆菌生物活性物质应用研究进展[J]. 生物技术进展, 2013, 1: 008.