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2020 FM 解淀粉芽孢杆菌 JFL21 产生的丰原素的分离和特征及其对耐多药食源性病原体的广谱抗菌潜力

已有 405 次阅读 2024-5-14 17:50 |个人分类:生物农药|系统分类:科研笔记

原文链接:Isolation and Characterization of Fengycins Produced by Bacillus amyloliquefaciens JFL21 and Its Broad-Spectrum Antimicrobial Potential Against Multidrug-Resistant Foodborne Pathogens - PMC (nih.gov)

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Abstract

The continuing emergence and development of pathogenic microorganisms that are resistant to antibiotics constitute an increasing global concern, and the effort in new antimicrobials discovery will remain relevant until a lasting solution is found. A new bacterial strain, designated JFL21, was isolated from seafood and identified as B. amyloliquefaciens. The antimicrobial substance produced by B. amyloliquefaciens JFL21 showed low toxicity to most probiotics but exhibited strong antimicrobial activities against multidrug-resistant foodborne pathogens. The partially purified antimicrobial substance, Anti-JFL21, was characterized to be a multiple lipopeptides mixture comprising the families of surfactin, fengycin, and iturin. Compared with commercially available polymyxin B and Nisin, Anti-JFL21 not only could exhibit a wider and stronger antibacterial activity toward Gram-positive pathogens but also inhibit the growth of a majority of fungal pathogens. After further separation through gel filtration chromatography (GFC), the family of surfactin, fengycin, and iturin were obtained, respectively. The results of the antimicrobial test pointed out that only fengycin family presented marked antimicrobial properties against the indicators of L. monocytogenesA. hydrophila, and C. gloeosporioides, which demonstrated that fengycins might play a major role in the antibacterial and antifungal activity of Anti-JFL21. Additionally, the current study also showed that the fengycins produced by B. amyloliquefaciens JFL21 not only maintained stable anti-Listeria activity over a broad pH and temperature range, but also remained active after treatment with ultraviolet sterilization, chemical reagents, and proteolytic enzymes. Therefore, the results of this study suggest the new strain and its antimicrobials are potentially useful in food preservation for the biological control of the multidrug-resistant foodborne pathogens.

摘要

对抗生素具有抗药性的病原微生物的不断出现和发展日益成为全球关注的问题,在找到持久的解决方案之前,发现新抗菌药物的努力仍将具有现实意义。从海产品中分离出一种新的细菌菌株,命名为 JFL21,经鉴定为解淀粉芽孢杆菌。解淀粉芽孢杆菌JFL21 产生的抗菌物质对大多数益生菌的毒性较低,但对耐多药的食源性病原体有很强的抗菌活性。经部分纯化的抗菌物质 Anti-JFL21 是一种多脂肽混合物,由表面活性素、芬吉霉素和伊曲林组成。与市售的多粘菌素 B 和Nisin相比,Anti-JFL21 不仅对革兰氏阳性病原体具有更广泛、更强的抗菌活性,还能抑制大多数真菌病原体的生长。通过凝胶过滤色谱法(GFC)进一步分离后,分别得到了表面活性素、丰原素和伊枯草菌素家族。抗菌试验结果表明,只有丰原素家族对单核细胞增生性酵母菌、蚜虫和球孢子菌的指标具有明显的抗菌性,这表明丰原素可能在抗 JFL21 的抗菌和抗真菌活性中发挥了重要作用。此外,本研究还表明,淀粉样芽孢杆菌 JFL21 产生的丰原素不仅能在较宽的 pH 值和温度范围内保持稳定的抗李斯特菌活性,而且在经过紫外线灭菌、化学试剂和蛋白水解酶处理后仍能保持活性。因此,这项研究结果表明,新菌株及其抗菌剂可用于食品保鲜,对具有多重耐药性的食源性病原体进行生物防治。

表 1 | 食品和海鲜产品中代表性细菌病原体、致病真菌和益生菌的耐药性。

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图 1 | 基于四个芽孢杆菌菌株 16SrDNA 基因序列的系统发生树,采用 Neighbor-joining 方法(1000 次引导重复)。

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图 2 | 不同芽孢杆菌菌株无细胞上清液的抗菌谱。JFL21、LQG17 和 LQG36 分别指淀粉芽孢杆菌 JFL21、纳豆芽孢杆菌 LQG17 和卤化芽孢杆菌 LQG36 产生的无细胞上清液。

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图 3 不同芽孢杆菌菌株的无细胞上清液对一些代表性指示微生物的抗菌活性。 (A) L. plantarum;(B) L. pentosus; (C) L. monocytogenes; (D) S. aureus; (E) B. cereus; (F) P. aeruginosa; (G) A.hydrophila; (H) E. coli O157:H7; (I) S. typhimurium; (J) C. sakazakii;(K) A. niger; (L) A. fumigatus; (M) P. litchii; (N) C. gloeosporioides; (O) P. polonicum;1-4 分别为淀粉芽孢杆菌(Bacillus amyloliquefaciens JFL21)、枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis 168)、枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis LQG17)和卤代芽孢杆菌(Bacillus halotolerans LQG36)产生的无细胞上清液; 5、未接种的Landy培养基

表 2 | 抗 JFL21 和抗 LQG17 的抑制谱

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图 4 | 从淀粉芽孢杆菌 JFL21 中获得的抗 JFL21 脂肽混合物的傅立叶变换红外光谱分析。

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图 5 | 抗 JFL21 和抗 LQG17 脂肽混合物的反相 HPLC 色谱分析。(A) 甲醇;(B) 最终浓度为 0.33 mg/mL 的商品标准伊枯草菌素、丰原素和表面活性素的复合物;(C) 1 mg/mL 从淀粉芽孢杆菌 JFL21 中获得的 Anti-JFL21;(D) 1 mg/mL 从纳豆芽孢杆菌 LQG17 中获得的 Anti-LQG17。

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图 6:MALDI-TOF MS (基质辅助激光解吸电离--飞行时间质谱法) 分析脂肽混合物 Anti-JFL21 和商用丰原素标准品。(A)Anti-JFL21 在 m/z = 1000-1150 Da 范围内的峰值;(B)Anti-JFL21 在 m/z = 1410-1570 Da 范围内的峰值;(C)商品丰原素标准品在 m/z = 1410-1570 Da 范围内的峰值。

表 3 | 抗 JFL21 和商用丰原素标准品主要 m/z 峰的可能赋值

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图 7 | 抗 JFL21 脂肽混合物与商用丰原素标准品的 MALDI-TOF MS/MS 图谱比较。抗-JFL21(A)的前体离子 1477.88 Da 的 MS/MS 图谱与商用丰原素标准品(B)的前体离子 1477.84 Da 的对比图

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图 8 | 从淀粉芽孢杆菌 JFL21 产生的脂肽混合物 Anti-JFL21 中分离出的不同馏分的凝胶过滤层析和抗菌活性。IZ-LM、IZ-AH 和 IZ-CG 分别指从 Anti-JFL21 中分离出来的不同馏分对单核细胞增生菌、蚜虫和球孢子菌的抑菌区。

表 4 不同丰原素来源对一些代表性指示菌株的最小抑菌浓度

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表 5 | 酶、化学试剂和物理因素对丰原素抗李斯特菌活性的影响a .

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