细菌素

细菌素概述抗生素：某些微生物代谢过程中产生一种能抑制或杀死某些其他微生物或癌细胞的物质。抗生素多由放线菌和真菌产生，细菌仅产生少数几种，如多粘菌素（Polymyxin）、杆菌肽(Bicitracin)等。细菌素：特指由细菌核糖体合成，对相近的属或种的微生物有抑制或杀灭作用的抗菌肽。细菌素的概述1925年，格雷希亚首次报道了大肠杆菌V株产生一种对大肠杆菌Φ株有杀菌作用的物质,这类物质被称作大肠杆菌素。随后，发现不仅是大肠杆菌，其他的许多细菌也能够产生类似的物质，于是Jacob将这些物质称为细菌素。细菌素只对其他菌有这种抑制或杀灭作用，而细菌素的产生菌对其具有免疫作用。细菌素由于无毒、无副作用、无残留、无抗药性,并具有一定的热稳定性，易被人体消化道的蛋白酶降解,因此不会在体内积蓄引起不良反应,在食品中易扩散,使用较方便,因而常用做食品防腐。细菌素大多抗菌谱窄,可以使动物免受某些肠道致病菌的侵害,又不影响动物肠道内的有益微生物。所以细菌素不仅可以防止饲料被沙门氏菌等致病菌污染，还可以作为饲料添加剂,防止致病菌对动物肠道的侵害。细菌素的应用细菌素的作用机制及产生菌自我保护机制研究进展革兰氏阴性菌1、大肠杆菌素2、小菌素细菌素革兰氏阳性菌1、ClassI2、ClassII3、ClassIII4、ClassIV细菌素的分类大肠杆菌素（Colicin）的分类(Cascalesetal.,2007)大肠杆菌素的分类图1-2Ia类大肠杆菌素的结构(Ia类大肠杆菌素的晶体解析结构(B)Ia类大肠杆菌素的拓扑结构。打孔类大肠杆菌素的作用机制及产生菌的自我保护机制图1-3打孔类大肠杆菌素的打孔模式图（Cascalesetal.,2007）AcolicinA的铅笔刀模型BE1的伞状模型C孔道打开时的colicinIa模型C孔道打开时的colicinA模型打孔类大肠杆菌素的打孔机制图1-4Cfi(A)和Cai(B)的跨膜模式图（Cascalesetal.,2007）H1,H2,H3和H4代表跨膜螺旋；L1,L2和L3代表loops；T1和T2分别代表N端和C端打孔类大肠杆菌素产生菌的自我保护机制核酸酶类大肠杆菌素作用机制示意图(Kleanthous&Walker,2001)核酸酶类大肠杆菌素的作用机制及产生菌的自我保护机制图1-6核酸酶类大肠杆菌素与其免疫蛋白复合物的结构（Cascalesetal.,2007）ADNase类大肠杆菌素E9与其免疫蛋白Im9结合复合物结构；BrRNase类大肠杆菌素E3与其免疫蛋白Im3结合复合物结构；CtRNase类大肠杆菌素E5与其免疫蛋白Im5结合复合物结构；DtRNase类大肠杆菌素D与其免疫蛋白ImD结合复合物结构黄色的结构是大肠杆菌素的，绿色的是免疫蛋白的核酸酶类大肠杆菌素与其免疫蛋白复合物的结构ColicinM最初是由Braun和Colleagues在1974年发现的（Braunetal.,1974），后经研究发现其是TonB依赖类大肠杆菌素，大小为28kDa。ColicinM的细胞毒性活性针对于敏感菌细胞的细胞壁，它既抑制肽聚糖的生物合成，也抑制脂多糖O抗原的合成（Harkness&Braun,1989）。ColicinM的免疫蛋白Cmi依靠N端的3～23个疏水性氨基酸锚定在产生菌的细胞膜上，其第24～117个氨基酸定位在周质间隙中，并与ColicinM结合在一起，使ColicinM不能从产生菌释放到环境中，同时也阻止ColicinM破坏产生菌。ColicinM的作用机制及产生菌的自我保护机制Microcins小菌素（Microcins）I类小菌素（≤3kD）：MccJ25、MccB17和MccC7/C51等II类小菌素（≥4kD）：IIa类和IIb类MicrocinClassPrecursor/PromicrocinLeaderpeptide/PropeptideMicrocinsSize(numberofresidues)Size(numberofresidues)Size(numberofresidues)Molecularmass(Da)MccB17I6926433093MccC7/C51I7071177MccJ25I5837212107MccVIIa10315888733MccLIIa10515908884Mcc24IIa90(88)17(15)737457MccE492IIb103(99)19(15)848717u-MccE492IIb103(99)19(15)847886MccMIIb9215777283MccH47IIb7515604865MccI47IIb7715626276Microcin的分类(Duquesneetal.,2007)图1-7I类小菌素的代表种及其作用机制I类小菌素的作用机制MccB17作用机制及免疫机制示意图(Baba&Schneewind,1998)MccB17作用机制及产生菌的自我保护机制图1-11II类小菌素的代表种及其作用机制II类小菌素的作用机制革兰氏阳性菌产生的细菌素分类(Nicholasetal.,2007)革兰氏阳性菌产生的细菌素分类图1-15乳链菌肽成熟途径模型（Cheigh&Pyun,2005）Nisin的成熟途径图1-16Nisin的pore-forming的模型示意图ABarrel-stavepore；B、C孔洞形成的常见模型(1)Bindingofnisintothemembrane：Nisin带正电荷的C端通过静电吸引与带负电荷的磷脂相互作用；(2)Insertionintothemembrane：Nisin分子与膜表面平行，但N端比C端插入稍深；(3)Theporeisformed：Nisin的C端插入，扰乱了磷脂双分子层，形成楔形孔洞。（4）Nisin被转运至内膜Nisin的作用机制图1-17Nisin打孔的LipidIImodelNisin作用机制Nisin产生菌的自我保护机制Nisin打孔的LipidIImodel(Breukinketal.,2003)Nisin产生菌的自我保护机制图1-19LactococcinA的作用机制和产生菌自我保护机制LactococcinA的作用机制和产生菌自我保护机制图1-20Lysostaphin基因簇（A）、蛋白结构（B）、及作用、免疫机制（C）示意图（Baba&Schneewind,1998）Lysostaphin的作用机制和产生菌自我保护机制图1-22EnterocinAS-48的环化过程ABC图1-23EnterocinAS-48的二级结构（A）、三维结构和穿膜示意图细菌素产生菌自我保护机制的总结1免疫蛋白直接与细菌素结合与细菌素的靶位点结合2转运蛋白蛋白类抗菌肽的发展历史以16SrRNA序列分析为基础构建的生命系统进化树（Allers&Mevarech，2005）EukaryocinBacteriocinArchaeocinHalocinProducerSize(kDa)ThermalstabilityActivityspectrumMechanismA4StrainTuA45≥1weekatboilingBroadNDG1HalobacteriumGRBNDNDBroadNDH1Hfx.mediterraneiXai33150℃BroadMembranepermeabilityH2StrainGLA22NDNDBroadNDH3StrainGAA12NDNDBroadNDH4Hfx.mediterraneiR439.6a(34.9b)60℃NarrowProtonflux?H5StrainMA220NDNDNarrowNDH6/H7Hfx.gibbonsiiMa232≤90℃NarrowNa+/H+antiportorinhibitorR1Hbt.StrainGn1013.860℃BroadNDS8Hbt.StrainGn10133.9a(3.6b)≥24hatboilingBroadNDC8Nnm.spAS709229.4a(7.44b)≥1hatboilingBroadND嗜盐菌素研究现状目前已报道的嗜盐菌素嗜盐菌素H6的作用机制HalocinH4和H6对H.halobium细胞膜上的Na+/H+通道的影响(Mesegueretal.,1995)