1株素食者產雌馬酚腸道菌的分離與鑒定

李笑梅，賈冰心

（哈爾濱商業大學 黑龍江省高校食品科學與工程重點實驗室，黑龍江 哈爾濱 150076）

1株素食者產雌馬酚腸道菌的分離與鑒定

李笑梅，賈冰心

（哈爾濱商業大學 黑龍江省高校食品科學與工程重點實驗室，黑龍江 哈爾濱 150076）

以素食者糞便為樣品，大豆異黃酮為底物，對產雌馬酚的腸道菌進行分離培養及鑒定。采用紫外光譜法對雌馬酚定性、定量測定，用肉眼觀察、掃描電鏡、生理生化、16S rDNA全序測序方法對分離得到的LJ-G1腸道菌進行菌株鑒定。結果表明：麥康凱和BHI培養基、厭氧平板劃線培養法更適于產雌馬酚腸道菌的分離篩選。采取10 g糞樣稀釋到10-5接種，在pH 7.3、溫度37 ℃、厭氧培養36 h的條件下，培養基中雌馬酚產出量達到10 μg/mL以上。經鑒定分離得到的LJ-G1菌株為G－桿菌；根據生理生化反應結果，查閱《常見細菌系統鑒定手冊》，確定LJ-G1為河生腸桿菌；16S rDNA全序測序顯示與腸桿菌同源性達99%。

素食者；腸道菌；雌馬酚；分離；鑒定

雌馬酚(equol)是大豆異黃酮在人腸道菌作用下的代謝終產物，具有雌激素活性，大豆異黃酮的植物雌激素生物活性，更多是由雌馬酚來實現的[1-2]。人體內能否將大豆異黃酮代謝產生馬雌酚，主要取決于腸道微生物菌群的組成及代謝能力[3-4]。宿主基因和膳食結構會影響腸道菌群而使個體菌株產雌馬酚的能力有差異[5-6]。不同人種間、素食者和非素食者產雌馬酚的能力差異明顯，素食者比非素食者更容易降解大豆異黃酮，產雌馬酚比例高于非素食者[7]。近5年來，多株產雌馬酚菌株從人類和動物的消化道內被分離出來[8-12]，但是以素食人群為對象的相關研究報道較少。本研究是從素食者糞樣中分離出高產雌馬酚腸道菌，并進行菌株鑒定，旨在深入了解產雌馬酚相關細菌的種類和分離培養條件、生長特性，為雌馬酚生物合成應用技術的研究提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與方法

1.1.1 材料與試劑

糞樣采自哈爾濱某寺廟素食者。

大豆異黃酮（純度80%） 西安市天園生物制藥廠；大豆異黃酮保健品（每片異黃酮含量＞6 mg） 哈高科大豆食品有限責任公司；雌馬酚標準品（純度98%） 合肥蘭旭生物有限公司；活性炭 天津市天新精細化工開發中心；聚酰胺 吉林省宏久科技公司；無水乙醇、葡萄糖、乳糖 天津市化學試劑一廠；吐溫-80 上海山浦化工有限公司；瓊脂粉 上海醫學化驗所試劑廠；厭氧產氣袋 日本三菱公司。

1.1.2 儀器與設備

TU-1900型雙光束紫外分光光度計 北京普析通用儀器有限公司；R-205型旋轉蒸發儀 上海申勝生物技術有限公司；YQX-II型厭氧培養箱 上海新苗醫療機械有限公司；腸桿菌生理生化編碼鑒定管 杭州天和微生物試劑有限公司；H-7650 透射電子顯微鏡 日立株式會社制作所。

1.2 方法

1.2.1 雌馬酚定量測定

用TU-1900型雙光束紫外分光光度計，在190～400 nm波長下掃描雌馬酚標準溶液，確定最大吸收波長205 nm，回歸方程y＝0.1026x＋0.0343(R2=0.999 9)。采用紫外光譜法對素食者的尿液和培養基中的雌馬酚含量進行測定[13-14]，根據下式計算培養基中雌馬酚含量。

式中：ρ1為培養基中雌馬酚質量濃度/(μg/mL)；V1為培養基體積數/mL；V2為定容后體積數/mL；ρ2為在標準曲線上測得的定容液中雌馬酚質量濃度/(μg/mL)。

1.2.2 供試者篩選

在寺廟中招募18～30歲的6名女性素食者，分別取她們正常飲食、禁食大豆制品7 d和連續服用大豆異黃酮保健品7 d后的尿液，測定雌馬酚含量，選擇尿樣雌馬酚含量較高者為糞樣供試者。

1.2.3 糞樣處理及適宜稀釋度選擇

用無菌棉簽取供試者晨便，迅速裝入密閉容器加并入厭氧產氣袋。稱取10 g糞樣，加入90 mL的無菌水10-1稀釋制得樣液，依次進行倍比稀釋，制成10-1～10-10稀釋液。選用劃線法將10個稀釋液分別接種于營養瓊脂培養基上，在36.5 ℃厭氧條件下培養36 h，根據菌落數量適宜（100～200 CFU）、無重疊、邊緣清楚及雌馬酚含量確定最佳稀釋度，作為下面1.2.4節接種濃度。

1.2.4 培養方法及培養基的選擇

腸道菌大多數為厭氧菌[15]，分別采用平板培養法、滾管培養法、厭氧管培養法，在厭氧條件下培養（n=3）。視菌落的形態、雌馬酚含量及操作難易綜合考慮，選定培養方法。

根據已有報道[16-17]，適宜腸道菌生長的培養基包括：MRS培養基、IRIE培養基、麥康凱瓊脂、青春雙歧桿菌培養基、BHI培養基。在每種培養基中加入質量濃度為4.0 mg/mL的大豆異黃酮底物1.5 mL（含大豆異黃酮6 mg），然后接種10-5樣液（n=3），對培養基中雌馬酚定性定量篩選適宜培養基。同時每種培養基作底物空白對照組和糞樣空白對照組。

1.2.5 產雌馬酚腸道菌的分離

將10-5樣液接種于選定的培養基（含大豆異黃酮6 mg）上，置于36.5 ℃厭氧培養箱中培養36 h。再將不同的菌落分別接種在培養基上，反復培養純化，篩選具有產雌馬酚能力的腸道菌。

1.2.6 產雌馬酚腸道菌的鑒定

形態觀察：首先觀察3代純培養平板上的菌落形態，然后進行革蘭氏染色觀察菌體形態，再在電鏡下觀察菌體形態。

生理生化反應：用接種環將菌液接至腸道菌生理生化鑒定管內，進行生理生化反應觀察其結果，對照《常見細菌系統鑒定手冊》進行屬種鑒定。

16S rDNA[17]全序測定：提取菌株的基因組DNA進行電泳檢測，在DNA完整的條件下，用正引物27f（5’-AGAGTTTGATCCTGGCTCAG-3’）、反引物1492r（5’-TACGGCTACCTTGTTACGACTT-3’）對此菌株的16S rDNA進行PCR擴增，在相應的反應體系和條件下，將得到有效測序數據進行拼接。將測序結果利用NCBI提供的BLASTn工具等相關軟件與已登錄的16S rDNA序列進行同源性比較。

2 結果與分析

2.1 培養方式的比較

不同培養方式的培養基中雌馬酚含量的測定結果見表1。除IRIE外不同培養方式下的各種培養基中，大豆異黃酮添加組的雌馬酚含量均高于未添加組；在大豆異黃酮添加組中，平板培養法的雌馬酚含量高于其他各組，最終選擇平板法作為后續實驗的培養方式。此外，麥康凱和BHI培養基中雌馬酚含量高于其他培養基，未添加組也有少量雌馬酚產生。

表1 不同培養方式的培養基中雌馬酚含量Table 1 Equol content in media for different culture methods μg/mL

2.2 最適培養基的篩選

不同培養基中雌馬酚含量的測定結果見表2?？瞻讓φ战M各培養基均未生長菌落。在樣品＋底物組的5種培養基中，麥康凱和BHI培養基雌馬酚含量較高，均達到10 μg/mL，且菌落生長形態好于其他組，此結果與表1結果一致，可互為驗證。因此確定麥康凱和BHI培養基作為后續研究的工作培養基。無底物空白對照組也檢測到雌馬酚，但含量明顯低于樣品＋底物組，含量水平在1.00～1.90 μg/mL，原因可能是在培養基成分中還含有可參與代謝產雌馬酚的其他物質，有待進一步分析。

表2 不同培養基各組雌馬酚含量Table 2 Equol contents in different media μg/mL

2.3 產雌馬酚腸道菌的分離結果

通過最適培養基及培養方法的篩選，麥康凱培養基平板劃線分離得到菌株LJ-G1產雌馬酚量相對較高可達10.033 μg/mL，結果見圖1。在麥康凱培養基分離得到的LJ-G1菌落呈白色、圓形隆起、邊緣整齊，并且菌落會深入到培養基內，可能此菌種是運動的。

圖1 麥康凱培養基上的LJ-G1菌株Fig.1 LJ-G1strain in Makanke medium

2.4 產雌馬酚腸道菌的鑒定

2.4.1 革蘭氏染色及電鏡掃描

圖2 LJ-G1革蘭氏染色Fig.2 Gram staining of LG-G1

圖3 LJ-G1掃描電鏡（×1 500）Fig.3 Scanning electron micrograph of LJ-G1 (×1 500)

菌株LJ-G1革蘭氏染色及掃描電鏡觀察結果分別見圖2、3。菌株LJ-G1為革蘭氏陰性，單個或成排，呈條棒狀，為桿菌。有報道產雌馬酚菌株多為革蘭氏陽性桿菌屬，如蔡莉[9]、孫遜[18]、Tamura[19]等的報道，革蘭氏陰性菌株的報道較少，Wang Xiuling等[20]從一個健康女性糞樣中分離出1株革蘭氏陰性桿狀厭氧細菌Julong732。

由圖3A可知，菌株大?。?.6～0.9）μm×（2.0～20.0）μm，單個或成對，菌體呈棒狀，頂端圓或尖，能形成短鏈，偶見長鏈，不產芽孢，鞭毛周生（圖3B）。

2.4.2 菌株的生理生化反應

菌株LJ-G1生理生化反應結果見表3。LJ-G1不產生吲哚，不能利用檸檬酸鹽、賴氨酸、苯丙氨酸及尿素，不能水解淀粉，硫化氫實驗陰性；此菌株可利用鳥氨酸，并發酵葡萄糖及乳糖產生氣體，能液化明膠。

表3 菌株LJ-G1生理生化反應結果Table 3 Physiological and biochemical characterization of strain LJ-G1

2.4.3 16S rDNA測序結果

圖4 DNA提取膠Fig.4 Electrophoretic analysis ofextracted DNA

提取菌株總DNA及PCR產物結果如圖4、5所示。菌株LJ-G1的基因組提取完整、未降解，可用做PCR擴增的模版。且PCR擴增得到大小約1 500 bp的產物，與細菌16S rDNA大小相符，進一步測序驗證，將菌株的16S rDNA序列與NCBI數據庫中已有數據在線比對，結果顯示菌株LJ-G1的16S rDNA與Enterobacter sp.、Bacterium fjat-scr-2、Enterobacter amnigenus、Bacterium hswx111、Uncultured gamma proteobacterium的同源性達到99%，由16S rDNA核苷酸序列構建系統發育樹結果如圖6所示。

圖5 PCR產物鑒定Fig.5 Identification of PCR products

圖6 基于16SrDNA序列同源性的細菌系統發育樹Fig.6 Phylogenetic tree of strains based on the 16S rDNA sequences

根據16S rDNA測定結果，菌株LJ-G1與腸桿菌屬(Enterobacter Hormaeche and Edwards)同源性達99%，結合LJ-G1的形態特征及生理生化反應鑒定結果，再查閱《常見細菌系統鑒定手冊》得出：LJ-G1菌株屬于河生腸桿菌(Enterobacter amnigenus)。

3 結 論

從素食者糞便中分離出能利用大豆異黃酮產雌馬酚的腸道菌LJ-G1，更適于采用麥康凱培養基、厭氧平板劃線培養法分離篩選。培養條件pH 7.3、溫度37 ℃、厭氧培養36 h，在此條件下培養基中雌馬酚產出量較高達10 μg/mL以上。菌株革蘭氏染色呈陰性，根據16S rDNA測序結果，LJ-G1與腸桿菌屬(Enterobacter Hormaeche and Edwards) 同源性達99%，依據形態學及生理生化反應，結合《常見細菌系統鑒定手冊》得出LJ-G1菌株為河生腸桿菌(E. amnigenus)。素食者產雌馬酚腸道菌其他菌株的分離、鑒定及生長特性研究有待后續工作的進一步研究。

此外在研究過程中發現，未添加底物的空白組雌馬酚檢出呈陽性，但檢出量較低，說明糞樣中或培養基成分中含有大豆異黃酮以外的其他底物，還有待探討。

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Isolation and Identification of An Equol-Producing Bacterial Strain from Vegetarian Intestinal Tract

LI Xiao-mei, JIA Bing-xin
(Key Laboratory of Food Science and Engineering, Harbin University of Commerce, Harbin 150076, China)

An intestinal bacterial strain with the ability to metabolize soy isofl avone to equol was isolated from vegetarian feces. Qualitative and quantitative analysis of equol was performed by ultraviolet spectrophotometry. The isolated strain was identifi ed through naked-eye observation, scanning electron microscope, physiological and biochemical characterization and 16S rDNA full-length sequencing. The results showed that Makanke medium, BHI medium and anaerobic plate streaking cultivation method were suitable for isolating intestinal bacteria producing equol. The optimal culture conditions for enhanced equol production were 10 g of fecal sample diluted in advance to 10-5inoculated into 6 mg of substrate at an initial medium pH of 7.3, followed by anaerobic culture at pH 7.3 for 36 h. The strain was identifi ed as LJ-G1, a Gam-negative bacillus. According to physiological and biochemical properties and referring the Common Bacterial System Identifi cation Manual, LJ-G1 belonged to Enterobacter amnigenus. The results of 16S rDNA full-length sequencing showed 99% homology with the intestinal bacterium.

vegetarian; intestinal bacteria; equol; isolation; identifi cation

TS201.3

A

1002-6630（2014）03-0153-04

10.7506/spkx1002-6630-201403031

2013-09-29

黑龍江省自然科學基金項目（C201201）；黑龍江省高?？萍紕撔聢F隊建設計劃項目（2010td04）

李笑梅（1960—），女，教授，本科，研究方向為食品科學。 E-mail：lixm0451@163.com