异养型迦得拟微绿球藻水解肽的分离鉴定及其抑菌活性的研究

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随着食品工业中防腐剂的大量使用以及抗生素的滥用所产生的超级细菌对人体和环境造成不利的影响,因此寻找一种高效、安全和绿色环保的天然抗菌剂用作新型食品防腐剂以及抗生素替代品已成为人们关注的重点。本文以异养培养方式发酵生产迦得拟微绿球藻菌体,离心富集菌体进行细胞破壁、盐析、脱盐以提取藻蛋白,利用木瓜蛋白酶水解微藻蛋白制备多肽,通过对水解肽的多步分离纯化并结合抑菌活性的测定进行抗菌肽筛分,得到活性组分P7,经质谱鉴定P7为两种小分子多肽的混合物,氨基酸序列分别为HGAG和RWKKF。对筛分到的抗菌肽进行人工合成,并验证了抑菌活性,发现其具有显著的抑菌效果,通过抗菌肽数据库的比对证明是两种新型的抗菌肽。主要研究内容如下:  (1)研究了一株异养型迦得拟微绿球藻(Nannochloropsis gaditana)在通气搅拌培养条件下生长及产单细胞蛋白的特性。结合不同生长阶段的显微形态分析,考察了pH对微藻生长的影响。结果表明,在碱性培养条件下(pH9.0)微藻囊泡相对松散,易解离成单细胞,从而减少营养物质的吸收,导致生物量和蛋白产率的下降。虽然较低的培养温度可以延长囊泡存在时间,但囊泡内单细胞繁殖速率下降,不利于菌体生长。而较高的温度会导致胞内酶活性下降以及菌体过早衰亡,影响蛋白产率。通常高搅拌速率可获得较高的体积传氧系数kLa,提高溶氧水平。然而,当搅拌速率超过300 rpm,湍流漩涡长度接近囊泡的平均直径时,搅拌产生的水力学应力会对囊泡造成损伤。异养型迦得拟微绿球藻与传统的自养培养方式相比具有高效和高产的优势,因此它在高品质单细胞蛋白生产领域具有广阔的应用前景。  (2)微藻细胞破壁提取蛋白是生物工程下游操作的重要组成部分。本文研究了高压均质法、反复冻融法、超声波法以及酶解法对迦得拟微绿球藻菌体细胞破壁的影响,结合显微摄影考察了不同破壁方法下蛋白得率及破壁状态的差异。结果显示,在1000 bar,循环两次时高压均质破壁的蛋白得率达到81.2%,细胞壁破碎较完全;反复冻融由于其耗时长及在液氮,37℃条件下蛋白得率不足70%,而不适用于本次微藻的破壁;超声波引起的空化作用在局部范围内产生高温会对提取到的蛋白活性有影响,故不适用于后续蛋白的提取;尽管纤维素酶解破壁的蛋白得率也达到80%以上,但由于酶的存在会对蛋白后续研究产生干扰,因此同样不适用于本次蛋白提取。  (3)为了从迦得拟微绿球藻蛋白中分离出具有活性的物质,使用木瓜蛋白酶对其进行时序性水解,通过反相高效液相色谱富集并纯化水解产物中的活性组分。结合高效液相色谱分析、水解度的测定以及SDS电泳测定,结果显示,在木瓜蛋白酶的作用下水解产物的抑菌活性随着水解时间增加而增强,在水解2 h时达到最大,之后随着水解时间的增加活性无明显变化。选择水解2 h下的产物,通过Prep-C18半制备柱分离得到5个组分(F1-F5),富集并合并其中的活性组分F4和F5,利用Sepax-Bio-C18多肽分析柱对合并后的组分进一步分离,得到8个组分(P1-P8),其中组分P7具有显著的抑菌效果,对P7进行纯化,发现在色谱图上只存在一个峰不能被进一步分离。  (4)以两种革兰氏阳性菌(金黄色葡萄球菌和枯草芽孢杆菌)和两种革兰氏阴性菌(大肠杆菌和绿脓杆菌)作为供试菌株,以最低抑菌浓度(MIC)为指标,考察了不同分离阶段不同组分对四种细菌的抑菌活性。结果显示,2h的水解液对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌有最强的抑菌活性;对经水解液分离得到的5个组分MIC的测定,发现F4和F5具有明显抑菌活性,且比水解液活性更强;对继续分离得到的8个组分的MIC测定,发现P7对金黄色葡萄球菌、枯草芽孢杆菌和大肠杆菌的MIC分别达到1.25 mg/mL,5 mg/mL,0.625mg/mL。经质谱鉴定分析表明P7是由四肽(HGAG)和五肽(RWKKF)组成的混合物,分子质量分别为340.90 Da和764.01 Da。  (5)通过对蛋白质数据库以及抗菌肽数据库的比对,发现得到的两种多肽都是新型的抗菌肽。分别验证了两种多肽的MIC,结果显示,HGAG的MIC高于P7,而RWKKF的MIC低于P7。与目前已知的微藻源抗菌肽相比,HGAG是氨基酸序列最短的抗菌肽,极大降低了人工合成的成本,且具有显著的抑菌效果,有望成为天然的食品防腐剂和抑菌剂。  目前,国内外尚无有关迦得拟微绿球藻中抗菌肽的报道,本研究为首次从迦得拟微绿球藻蛋白水解产物中分离鉴定出具有抑菌活性的多肽。
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