魏斯氏菌的研究現狀＊

王海娟，戴雨珂，潘渠△

1.成都醫學院 病原生物學教研室（成都 610500）；2.成都醫學院 公共衛生系（成都 610500）

魏斯氏菌（Weissella）屬于乳酸菌（lactic acid bacteria），其在微生物學、醫藥學、發酵、工業及食品加工等方面的作用近年來開始受到研究者的關注。本文主要對魏斯氏菌中的質粒、β－葡糖苷酶、噬菌體及其益生作用等作一綜述。

1 魏斯氏菌的主要特征

目前 GenBank數據庫中（http：／／www.ncbi.nlm.nih.gov／genbank／）魏斯氏菌屬已命名的有15個種。魏斯氏菌的生存環境范圍比較廣泛，植物性材料、肉類制品以及人和動物的糞便中均可分離得到［1－2］。魏斯氏菌在微觀和宏觀形態方面與乳酸菌的其它代表菌種相似，特別是容易與明串珠菌（Leuconostoc）和乳桿菌（Lactobacillus）相混淆。魏斯氏菌是革蘭氏陽性菌，呈不規則的短桿狀，兩端呈圓形或稍細小，成對或短鏈排列。在MRS瓊脂培養基上，魏斯氏菌形成透明的小菌落，呈微隆起圓狀輪廓。魏斯氏菌是選擇性厭氧菌，在微需氧培養條件下生長迅速。除了融合魏斯氏菌（W.confusa）的某些菌株，大部分魏斯氏菌的適宜生長溫度范圍為15～45℃。魏斯氏菌無芽胞、氧化酶和過氧化氫酶，但類腸膜魏斯氏菌（W.paramesenteroides）在低葡萄糖含量下能產生過氧化氫酶。在有氧條件下，魏斯氏菌能夠貯存過氧化氫，但無法減少硝酸鹽和水解明膠［1］。魏斯氏菌異型發酵葡萄糖能產生乳酸的兩種旋光異構體，生成乳酸的旋光性因種而異。除了乳酸外，魏斯氏菌發酵葡萄糖還能產生CO2、乙醇和（或）乙酸［3］。

2 魏斯氏菌中的質粒

2007年Park等首次從韓國泡菜分離的食竇魏斯氏菌（W.cibaria）中鑒定出pLKCA 和pLKCB 2個質粒。pLKCA含有1個開放閱讀框（ORF），pLKCB含有2個開放閱讀框。pLKCA的開放閱讀框編碼與滾環復制相關的復制蛋白，然而pLKCB的2個開放閱讀框卻沒有編碼質粒復制所必須的復制蛋白。可以確定的是，這2個質粒都有1個包含3個反向重復序列的復制起點序列，pLKCB應該像pLKCA一樣至少有1個編碼復制蛋白的基因。很可能是因為GenBank數據庫中關于魏斯氏菌基因的相關數據太少，以至于不能推定pLKCB質粒閱讀框的具體功能［4］。在對發酵辣白菜的研究中，金紅星等［5］從食竇魏斯氏菌中分離出2個質粒，其大小分別為3 000bp和8 000bp。Kim［4］等從韓國泡菜分離得到的食竇魏斯氏菌（W.cibaria KLC140）中發現6種不同質粒，其中最小質粒pKW2124長度為2 126bp，GC含量為36.39%，低于其染色體DNA中的GC含量（45%），說明pKW2124可能來源于其他細菌。質粒序列分析顯示，pKW2124含有5個開放閱讀框。ORF1由318個氨基酸組成，與植物乳桿菌（L.plantarum）的質粒（pLP1、pLP200及pC30il）和類植物乳桿菌（L.paraplantarum）的質粒pC7的滾環復制蛋白相似。ORF2與惡臭假單胞菌（Pseudomonas putida）的保守蛋白相似。ORF3與 植物乳桿菌（L.plantarum WCFS1）質粒（pWCFS101）的推定蛋白相似。ORF4和ORF5的編碼序列在BLASTN數據搜索里面沒有與之相匹配的氨基酸序列。

3 魏斯氏菌β－葡糖苷酶的研究

β－葡糖苷酶能夠催化寡糖、細胞壁成分、顏料及生氰葡糖苷的糖苷鍵水解［6］，能水解纖維二糖，釋放葡萄糖，是纖維素酶的一種。Lee等［2］從人糞便來源的食竇魏斯氏菌（W.cibaria 37）中克隆到了編碼β－葡糖苷酶的基因，并在大腸桿菌中得到了功能性表達。該食竇魏斯氏菌菌株能在以纖維二糖為碳源的培養基上生長，表明魏斯氏菌可能參與了腸道中纖維性食物的利用，有可能應用于纖維素降解相關的加工工業。

木質纖維素是地球上存在的最廣泛、最廉價的可再生性碳水化合物，占地球總生物量的40%［7］。纖維素的降解是一個復雜的多細菌參與過程，主要發生在食草動物的胃腸道和堆肥等植物發酵場所。較為廣泛接受的協同理論認為，纖維素的徹底降解至少需要3種酶協同作用：外切－β－1，4－葡聚糖酶（exo－β－1，4－glucanases，EC 3.2.1.91），又稱為纖維二糖水酶（cellobiohydrolases），簡稱為外切酶（CBH）；內 切－β－1，4－葡聚糖酶（endo－β－1，4－glucanases，EC 3.2.1.4），簡稱為內切酶（EG）；β－葡糖苷酶（β－1，4－glucosidases，EC 3.2.1.21）［8］。魏斯氏菌已經多次在食草動物的胃腸道中被發現，Lee等的研究首次證明魏斯氏菌能表達β－葡糖苷酶，據此推測魏斯氏菌參與了纖維素降解。在食草動物的胃腸道中，假單胞菌等分泌出漆酶，降解包裹著纖維素的木質素，使纖維素裸露；再由真菌、纖維降解細菌等分泌的纖維素外切酶和內切酶作用，降解為寡聚糖、纖維二糖和少量葡萄糖［8，10］；魏斯氏菌等產生β－葡糖苷酶的細菌和真菌可利用纖維二糖生長，最后動物消化掉利用纖維二糖生長起來的細菌和真菌，從而將纖維素間接利用（圖1）。通常纖維素降解菌分泌的纖維素酶在黏連蛋白和對接蛋白的作用下形成纖維素降解復合體，被稱為纖維小體（cellulosome）［9］，這些纖維小體通常被固定在纖維降解菌表面。

圖1 魏斯氏菌參與纖維素降解的機理圖

4 魏斯氏菌噬菌體的研究

噬菌體（bacteriophage）是感染細菌、真菌、放線菌或螺旋體等微生物的細菌病毒的總稱。Lu等［11］曾在發酵泡菜中發現了感染魏斯氏菌屬的噬菌體，但未對該魏斯氏菌進行具體鑒定。Pringsulaka等［12］對泰國發酵豬肉香腸中乳酸菌的研究，分離出一種感染食竇魏斯氏菌的短尾噬菌體Φ22，并發現通過感染噬菌體可以對食品中的食竇魏斯氏菌進行調控，進而改變食品的口感風味及儲存時間。Kleppen等［13］從韓國發酵泡菜中分離得到了一種新型的食竇魏斯氏菌噬菌體（ΦYS61），基因組序列分析顯示該噬菌體可能屬于短尾噬菌體科的一個亞科。

5 魏斯氏菌益生作用的研究

Lee等［14］對分離自人糞便的8株魏斯氏菌益生性質的研究發現，融合魏斯氏菌（W.confusa 31）能在pH3.0條件下生存，而且能耐受濃度為0.3%的膽鹽，融合魏斯氏菌（W.confusa 20）的β半乳糖苷酶活力［（527.3±23.66）U／mg蛋白］最高，而食竇魏斯氏菌（W.cibaria 31）的β－葡糖苷酶活力［（115.12±5.3）U／mg蛋白］最高，所有菌株對Caco－2細胞的黏附能力都比鼠李糖乳桿菌（L.rhamnosus GG）強。該研究結果表明，W.confusa 31和 W.confusa 20在益生應用方面值得更深層次的探討。據報道，綠色魏斯氏菌（W.viridescens）對多種革蘭陽性和陰性菌具有抑菌作用，如：肉毒桿菌（Clostridium botulinum）、單核細胞增多性李斯特氏菌（Listeria monocytogenes）、蠟樣芽胞桿菌（Bacillus cereus）和大腸桿菌（Escherichia coli），這一特性將有助于提高食品的保質期及微生物安全［15］。Baek等［16］發現在大米生面團的發酵過程中，融合魏斯氏菌能抑制3種真菌的生長，分別為枝孢菌（Cladosporium sp.YS1）、脈孢菌（Neurospora sp.YS3）和皮殼青霉（Penicillium crustosum YS2），與之相關的研究也發現食竇魏斯氏菌AT6發酵液在酸性pH條件下時，對白色念珠菌（Monilia albican）等具有較好抑制效果，在pH＝4時，抑制率為78%～86%［17］。Tingirikari等［18］從食竇魏斯氏菌（W.cibaria JAG8）中得到了一種新的葡聚糖，在模擬胃液（pH 1.0）及淀粉酶（pH 7.0）實驗中，盡管其水解率比菊粉低12～33倍，但卻能促進乳酸菌亞種動物雙歧桿菌（Bifidobacterium animalis）、嬰兒雙歧桿菌（B.infantis）和嗜酸乳桿菌（L.acidophilus）的生長，可與菊粉相媲美，同時對大腸桿菌的生長沒有促進作用，該研究提示這種新的葡聚糖在被應用于益生元促進健康方面有一定的潛能。

6 小結

目前，對魏斯氏菌的研究還比較有限。魏斯氏菌質粒的研究可以為我們提供新的載體資源，發現質粒的菌種大都是食竇魏斯氏菌，其他菌種可能也存在著未被發現的質粒。而魏斯氏菌β－葡糖苷酶的發現，說明魏斯氏菌可能參與了宿主體內纖維素的降解過程，其具體機制有待進一步的研究。魏斯氏菌相比于木質纖維素主要降解者——真菌，它廣泛存在于自然界，且繁殖速度更快；真菌分泌的游離纖維素酶大多以水解酶機制和氧化酶機制降解纖維素；細菌則主要以形成纖維小體而起作用，細菌纖維小體降解纖維素更加徹底有效［19］。魏斯氏菌β－葡糖苷酶的深入研究對纖維素酶基因工程菌構建方面具有促進作用，在資源利用和工業與食品加工方面更具應用潛能。魏斯氏菌噬菌體的深入研究將有利于對魏斯氏菌的調控，利于食品的加工儲存。魏斯氏菌作為益生菌中乳酸菌的一員，其在β－葡糖苷酶活性、抗真菌性、促進乳桿菌生長等益生作用方面顯示出一定優勢，未來其應用范圍將更加廣泛。

綜上所述，魏斯氏菌具有廣闊的應用前景，蘊藏著較大的市場潛力。魏斯氏菌的研究探索還處于初始階段，國內對其關注相對較少，還有待更深入的研究。

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