细菌纤维素产生菌株的选育及细菌纤维素对NK细胞功能的影响

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细菌纤维素(Bacterial Cellulose,简称BC)是由微生物合成的具有独特三维纳米网络结构的纤维素,纯度高,吸水性强,生物相容性好,在食品、造纸、化妆品、生物医药等领域具有广阔的应用前景。静态培养是目前细菌纤维素工业化生产的主要方式,但静态培养占地面积大,产生的纤维素膜在应用上有一定的局限性。动态培养易于工业化生产和控制,产生的细菌纤维素分散性好,便于使用,是细菌纤维素工业化生产的理想方式,然而适合动态培养体系的菌株较少。本文从选育适合动态培养的细菌纤维素菌株出发,通过自然选育和诱变育种筛选高产菌株,同时研究了细菌纤维素对NK细胞的增殖、凋亡、激活等影响,初步探讨了细菌纤维素激活NK细胞杀伤功能的机制,为细菌纤维素成为高附加值商品奠定理论基础。主要内容如下:(1)自然选育方法的建立及菌株筛选建立了富集筛选细菌纤维素菌株的方法。富集培养基以葡萄糖为碳源、添加5%的制霉菌素及p H为6.0时有利于菌株的富集筛选。从459份样品中筛选得到了40株产细菌纤维素菌株,其中适合动态培养的高产菌株为1027-per1,细菌纤维素的产量为3.12 g/L。结合形态特征、生理生化特征及16Sr RNA基因序列分析鉴定菌株1027-per1属于木葡糖醋杆菌(Gluconacetobacter xylinum),其同源性最接近于菌株Gluconacetobacter xylinum JCM 10150。扫描电镜显示该菌株所产细菌纤维素直径平均为27 nm,红外光谱分析证明发酵产物具有细菌纤维素的特征峰,热重分析表明该菌株所产的细菌纤维素具有一定的耐热性。(2)菌株1027-per1的诱变选育以菌株1027-per1为出发菌株进行NTG诱变,建立NTG诱变体系。菌株1027-per1种子培养16 h时进行NTG诱变,种子液的细胞数为108CFU/m L,NTG浓度为0.025 mg/mL或0.05 mg/mL。建立了根据菌落大小筛选菌株的方法。选择菌落较大的突变株正突变率可达32.18%。相比较于随机挑选,正突变率提高了59.94%。负突变率最低为25.40%,相比较于随机挑选,负突变率降低了48.14%。建立了NaBr-NaBrO3平板筛选方法。NaBr-NaBrO3的适宜浓度为2.5mmoL/L-0.5 mmoL/L。比较HS平板和NaBr-NaBrO3平板的筛选效率。发现在HS平板上得到产量高于出发菌产量20%和40%以上的概率分别为2.7%和0.91%,NaBr-NaBrO3平板筛选得到涨幅高于20%和40%以上的概率分别为20.56%和5.61%。NaBr-NaBrO3筛选平板提高了筛选效率,得到涨幅高于出发菌20%以上菌株的概率是HS平板的7.6倍。建立了刚果红吸附筛选方法。细菌纤维素吸附刚果红的条件为:刚果红溶液在波长480 nm处具有最大吸收,吸附时间为40 min、摇床转速为160 r/min、吸附温度为30℃,细菌纤维素湿重与吸附后刚果红溶液的OD480之间具有很好的相关性。普通三角瓶发酵体系和挡板三角瓶发酵体系下,细菌纤维素的粗含量与刚果红吸附OD480均有较高的相关性。Freundlich等温吸附方程可用于描述细菌纤维素对刚果红的吸附过程。刚果红吸附法筛选到涨幅高于出发菌20%以上的效率是重量分析法的2.1倍。通过NTG诱变,共初筛菌株793株,复筛菌株97株,最终得到菌株0511-43,其细菌纤维素含量为5.52 g/L,相比较于出发菌株1027-per1提高76.9%。(3)细菌纤维素对NK细胞功能的研究细菌纤维素对人NK-92细胞没有毒副作用,不会导致人NK-92细胞的凋亡。细菌纤维素的刺激对人NK-92细胞的增殖没有明显的影响,但是会促进人外周血单核细胞里的NK细胞的增殖。细菌纤维素的刺激会导致人NK-92细胞分泌更多的IFN-γ和GzmB,并呈现出剂量效应。经过细菌纤维素刺激的NK细胞比未经过细菌纤维素刺激的人NK-92细胞表现出更强的抗肿瘤作用。在研究细菌纤维素增强人NK-92细胞杀伤功能机制时发现,用细菌纤维素刺激人NK-92细胞后,Dectin-1基因的表达量明显升高,设计两条针对Dectin-1基因的siRNA,Q-PCR检测结果发现siRNA315的干扰效果最佳。利用siRNA315对Dectin-1基因进行RNA干扰后发现,经过细菌纤维素刺激后Dectin-1基因干扰组的人NK-92细胞杀伤效果低于细菌纤维素刺激后Dectin-1未干扰组及细菌纤维素刺激后无关干扰对照组(NC组)。说明Dectin-1基因在细菌纤维素激活人NK-92细胞的过程中起着重要的作用。
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