重组乳酸乳球菌对模拟胃肠道的耐受力研究

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  摘要
  [目的]研究重组菌株在不同pH胃液和胆盐浓度肠液中的生存情况,验证重组菌株能否在肠道中发挥作用,为其制备基因工程活载体疫苗、新型免疫型微生态制剂及功能发酵食品提供理论依据。 [方法]人工模拟人体胃肠道环境,研究表达金黄色葡萄球菌纤黏蛋白原凝集素A(ClfA)的重组乳酸乳球菌MG1363/pMG36cclfA菌株在不同pH胃液和胆盐浓度的肠液中的耐受力。 [结果]重组菌株在pH 3.0的人工胃液中处理2 h后,存活率约为88.6%;在0.3%胆盐浓度的人工肠液中处理2和4 h后,存活率约为83.6%和68.2%。[结论]重組菌株对胃肠道环境有较强的耐受力,适合制备基因工程活载体疫苗、新型免疫型微生态制剂及功能发酵食品。
  关键词重组乳酸乳球菌;金黄色葡萄球菌;纤黏蛋白原凝集素A;模拟胃肠道;耐受力
  中图分类号S188文献标识码
  A文章编号0517-6611(2015)26-027-03
  Abstract [Objective] Survival condition of the recombinant strains in different pH gastric juice and different bile salt concentration of intestinal juice was studied, and verified whether recombinant strains could play a role in the intestinal tract. The study provided theoretical basis for the preparation of genetic engineering live carrier vaccine and new type immune probiotics and fermented food.[Method] Artificial simulating human gastrointestinal tract environment, the tolerance of recombinant Lactococcus lactis MG1363/pMG36cclfA strain with expressing fibrinogen lectin A of Staphylococcus aureus in different pH value gastric juice and different bile salt concentration of intestinal fluid were studied. [Result]The results showed that the recombinant strain was treated with 3 h in artificial gastric juice of pH 2,the survival rate was about 88.6%;in the 0.3% concentration of bile salts in artificial intestinal juice 2 and 4 h,the survival rate was 83.6% and 68.2%.[Conclusion]The recombinant strains had good tolerance to the gastrointestinal tract,it was suitable for the preparation of gene engineering live vector vaccine,new type immune microecological preparation and functional fermented food.
  Key words Recombinant Lactococcus lactis;Staphylococcus aureus ;Fibrinogen lectin A;Simulated gastrointestinal tract;Tolerance
  金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)是一种人畜共患病的重要致病菌,可引起人体局部化脓感染、肺炎、伪膜性肠炎、心包炎甚至败血症、脓毒血症等[1-2],美国每年因被金黄色葡萄球菌感染而丧生的人数已超过死于艾滋病人数[3]。同时,金黄色葡萄球菌也是国内外最常见的细菌性食物中毒病原之一,由其引起的食物中毒占细菌性食物中毒的33%[4-5]。在动物感染方面,金黄色葡萄球菌可引起牛羊乳房炎、猪羊皮炎和流产、羔羊败血病、马创伤性感染、脓肿、蜂窝织炎、鸡的坏疽性皮炎、败血病等疾病,造成了我国每年上百亿元的经济损失[6]。因此,金黄色葡萄球菌的防治具有重要意义。
  目前,金黄色葡萄球菌的防治主要依靠抗生素和疫苗。抗生素在过去的使用历史中,对治疗感染作出了重要贡献。然而,其引发的负面效应已成为关注的焦点:使用抗生素易产生耐药性,导致治疗用药量及饲料用药升高;抗生素的使用使机体抵抗力下降,易发生各种细菌性及病毒性疾病;养殖业中使用的抗生素经过食物链进入人体,危害人类健康[7-8]。
  疫苗方面目前市场上主要以传统疫苗和亚单位疫苗为主,两者均存在诱导免疫应答之前发生降解的可能,防治效果不明显;基因工程疫苗是利用基因工程和分子生物学技术,将引起病原感染的主要抗原组分制成重组菌、蛋白、多肽或裸DNA的形式,通过免疫感染对象使机体产生保护性免疫应答,从技术水平上基因工程疫苗领先于传统疫苗和亚单位疫苗。常见的几种基因工程疫苗包括基因工程亚单位疫苗、重组活载体疫苗、核酸疫苗(DNA疫苗)、合成肽疫苗和基因缺失疫苗等。目前,以乳酸乳球菌为载体的基因工程重组活载体疫苗是研究的热点[6,9]。   为探讨前期构建的表达金黄色葡萄球菌纤黏蛋白原凝集素A(ClfA)的重组乳酸乳球菌MG1363/pMG36cclfA菌株作为微生态制剂应用的可能性,笔者人工模拟人体胃肠道环境,研究重组菌株在不同pH胃液和胆盐浓度的肠液中的生存情况,验证重组菌株能否在肠道中发挥作用,为其下一步制备基因工程活载体疫苗、新型免疫型微生态制剂及功能发酵食品提供理论依据。
  1材料与方法
  1.1材料
  1.1.1菌株。重组乳酸乳球菌(MG1363/pMG36cclfA)由黑龙江省科学院微生物研究所应用医学微生物研究室构建。
  1.1.2试剂。胃蛋白酶(Pepsin,酶活力≥1 200.0 U/g)、胰蛋白酶(Trypsin,酶活力≥2 500.0 U/mg)、牛胆盐购自国药集团化学试剂有限公司;MRS肉汤培养基购自北京陆桥公司;PBS缓冲液参照诸葛健等[10]方法配制,121 ℃高压蒸汽灭菌15 min备用。
  1.2方法
  1.2.1重组乳酸乳球菌对人工胃液耐受情况。参照Galindo[11]的方法,将重组乳酸乳球菌接种于100 ml MRS肉汤培养基中,30 ℃静止培养28 h,4 ℃、4 000 r/min离心20 min,收集沉淀,用30 ml 0.1 mol/L PBS(pH 6.0)洗涤3次,沉淀溶于30 ml 0.1 mol/L PBS(pH 6.0)中,用细菌麦氏比浊仪精确校正菌液浓度6.0×108 CFU/ml左右。
  参照刘芸等[12]的方法,模拟胃液环境,取5 ml精确校正菌液加入20 ml 0.1 mol/L PBS(pH 6.0),按1%比例添加胃蛋白酶,混匀,迅速用1 mol/L HCl将混匀液pH分别调至2.0、2.5、3.0。37 ℃静止培养0、2、4 h后分别取样,用无菌水梯度稀释,取各稀释度菌液0.1 ml,涂布于MRS固体培养基平板上,每个梯度3个重复,30 ℃静止培养48 h后进行平板菌落计数。
  1.2.2重组乳酸乳球菌对人工肠液耐受情况。参照Galindo[11]的方法培养、收集重组乳酸乳球菌菌体,用30 ml 0.1 mol/L PBS(pH 6.8)离心洗涤3次,沉淀溶于30 ml 0.1 mol/L PBS(pH 6.8)中,用细菌麦氏比浊仪精确校正菌液浓度6.0×108 CFU/ml左右。
  参照刘芸等[12]的方法,模拟肠液环境,取5 ml 校正菌液加入20 ml 0.1 mol/L PBS(pH 6.8),按1%比例添加胰蛋白酶,混匀,迅速加入牛胆盐,将混匀液胆盐浓度分别调为0.1%、0.3%、0.5%。37 ℃静止培养0、2、4 h后分别取样,用无菌水梯度稀释,取各稀释度菌液0.1ml,涂布MRS固体培养基平板,每个梯度3个重复,30 ℃静止培养48 h后进行平板菌落计数。
  1.3数据处理细菌数量均为3个重复的平均值。试验数据用简明统计软件计算,以平均值±标准差表示。
  2结果与分析
  2.1人工胃液对重组乳酸乳球菌存活的影响
  由表1可知,重组乳酸乳球菌在不同pH和培养时间下,其存活率差别较大,人工胃液的pH越低,处理时间越长,重组乳酸乳球菌存活率越低。
  在pH 2.0條件下,处理2 h后,重组乳酸乳球菌存活率为0.42%;处理4 h后,存活率为0.09%。在pH 2.5条件下,处理2 h后,重组乳酸乳球菌存活率为2.71%;处理4 h后,存活率为1.19%。
  在pH 3.0条件下,处理2 h后,重组乳酸乳球菌存活数为5.27×108 CFU/ml,存活率达到88.62%;处理4 h后,重组乳酸乳球菌存活数为3.97×108 CFU/ml,存活率仍达到66.74%,表现出良好的耐酸、耐蛋白酶特性。
  2.2人工肠液对重组乳酸乳球菌存活的影响
  由表2可知,随着胆盐浓度的升高,重组乳酸乳球菌的存活数和存活率有所降低,但下降的幅度不大,都与初始菌数保持在同一数量级,表现对胆盐的良好耐受性。
  0.1%胆盐浓度的人工肠液对重组乳酸乳球菌生长几乎没有影响,处理2和4 h后,重组乳酸乳球菌存活数分别为6.93×108和7.27×108 CFU/ml,存活率分别为115.56%和121.11%。
  0.3%胆盐浓度的人工肠液对重组乳酸乳球菌生长影响较小,存活率随着处理时间的延长而有所下降,处理2和4 h后,重组乳酸乳球菌存活数分别为5.07×108和4.13×108 CFU/ml,存活率分别为83.60%和68.20%。
  0.5%胆盐浓度的人工肠液对重组乳酸乳球菌生长影响大于0.1%和0.3%,处理2和4 h后,重组乳酸乳球菌存活数分别为3.73×108和3.10×108 CFU/ml,存活率分别为61.98%和51.47%,但都与初始菌数保持在同一数量级水平。
  3讨论
  乳酸乳球菌是安全级的微生物,广泛应用于食品工业,是乳酸菌的重要模式菌。以乳酸乳球菌作为宿主菌表达异源蛋白和酶,已成为生物制药、疫苗和食品工业研究的热点。
  该研究人工模拟人体胃肠道环境,对前期构建的表达金黄色葡萄球菌纤黏蛋白原凝集素A(ClfA)的重组乳酸乳球菌MG1363/pMG36cclfA菌株进行胃肠道耐受力评价。人体胃液与食物混合后的pH约为3.0,且流体类食物的胃排空时间很短,远低于一般食物3~4 h的排空时间,因此,该研究设定了pH 2.0、2.5、3.0和2、4 h的处理时间组。据相关报道,摄入含有1.0×106 CFU/ml以上的活性乳酸菌能充分发挥其益生的功效[13-15],重组乳酸乳球菌在pH 3.0的人工胃液中处理2 h后,存活率约为88.62%,处理4 h后,存活率仍在66.74%左右,且存活数均在3.97×108 CFU/ml以上,表明重组菌株对低pH环境和胃蛋白酶有较强的耐受力,能够保持较高浓度的活菌数顺利通过胃抵达肠道。   对于益生菌而言,对肠液的耐受能力要比其对胃液的耐受能力更为重要[12]。对于低pH和富含蛋白酶的胃液,可采用肠溶胶囊或制备微胶囊等手段保护耐酸、耐蛋白酶能力弱的菌株,使其顺利抵达肠道。而重组菌株若想发挥其黏膜免疫、益生功能,必须具备在肠道中存活的能力。食物通过小肠的平均时间约为1.5 h[16],正常人体小肠液中胆汁浓度为0.03%~0.30%[17],因此,该研究设定了胆盐浓度0.1%、0.3%、0.5%和2、4 h的处理时间组。结果表明,重组菌株在0.3%和0.5%胆盐浓度的人工模拟肠液中处理2和4 h后,均有较高的存活率,且存活数与初始菌数保持在同一数量级水平,证实了重组菌株能够耐受小肠高浓度胆盐环境并大量存活,进而发挥其黏膜免疫和益生功效。
  综上所述,重组乳酸乳球菌MG1363/pMG36cclfA菌株具有较强的耐酸、耐蛋白酶、耐胆盐能力,可顺利通过胃肠道,在小肠中大量存活,进而发挥其黏膜免疫作用和益生菌所具备的其他功能,在制备基因工程活载体疫苗和新型免疫型微生态制剂方面具有广阔的应用潜力。
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