檸檬酸桿菌的降解作用探究

曾莉君，胡菁芮，左大雙，郭子俊

（云南農業大學 植物保護學院，云南昆明 650201）

1 檸檬酸桿菌的降解作用及其他功能

1.1 檸檬酸桿菌對人、動物的影響

檸檬酸桿菌廣泛存在于人體和動物內臟中，檸檬酸桿菌對人和動物的致病性和抗性基因的風險日益引起人們廣泛的關注，特別是弗氏檸檬酸桿菌對人的致病性。而在人體內普遍分離出來的檸檬酸桿菌大多屬于弗氏檸檬酸桿菌和克氏檸檬酸桿菌[1]。布氏檸檬酸桿菌也陸續被報道出感染人體以致生病的事件[2]。為了找到其致病性和抗性的原因，已有研究指出產AmpC酶弗氏檸檬酸桿菌的qnr等位基因的多樣性和普遍性，提出應謹慎使用喹諾酮類藥物抗生素，特別是對能產超廣譜β-內酰胺酶的細菌[3]。有研究表明，在對多藥耐藥腸桿菌(MDRE)的研究中發現幾乎一半的MDRE定殖患者攜帶有耐藥性的弗氏檸檬酸桿菌、布氏檸檬酸桿菌和安氏檸檬酸桿菌株系，而低毒的株系可在宿主體內長期存活，通過編碼多種抗菌素類抗性基因的積累影響病原菌的進化。現有關于檸檬酸桿菌抗藥性和致病性研究中，從方法上看，已有研究通過對弗氏檸檬酸桿菌的質粒介導接合實驗，驗證了其耐藥性增加。帶有bla（TEM-1）抗性基因耐藥性的弗氏檸檬酸桿菌存在較高的獨立致死風險因素。利用宏基因組學在早產兒腸道微生物群落多樣性很低的情況下，克氏檸檬酸桿菌存在單核苷酸變異[4]。弗氏檸檬酸桿菌作為一些人體腸道致病菌的模式菌株對小鼠進行分子基礎研究，認為腸道微生物群在調節腸道病原體在腸粘膜的定植能力和協調粘膜免疫反應對感染具有重要性。

1.2 調節昆蟲生長發育以及提高其環境適應性

昆蟲內共生菌與其宿主之間的關系研究日益成為研究熱點，對于內共生菌與宿主昆蟲的共生機制的研究也日益增多。不同物種以及不同地區生物內共生菌的種類和數量可能存在差別，所具備的功能也許會存在差別。但目前針對檸檬酸桿菌屬細菌在不同宿主體內不同部位分布的具體功能以及機制的研究還比較少。昆蟲在適應多樣的寄主植物和多變的自然環境過程中，微生物也在進行適應性的進化，使昆蟲能夠產生不同的生態適應性。研究表明，在昆蟲生長發育中，檸檬酸桿菌屬的CF-BD作為昆蟲的腸道內共生菌對不同品系的桔小實蠅幼蟲和蛹的生長發育和抗性的形成具有影響，并對增強桔小實蠅對敵百蟲的抗藥性有著重要作用[5]，弗氏檸檬酸桿菌在很大程度上可以刺激螫蠅的產卵和促進發育。通過實驗對意大利蜜粉工蜂的腸道細菌進行分離，在意大利蜜粉工蜂培養腸道中首次發現檸檬酸桿菌，并且在對蜜蜂不同時期腸道細菌群落分析中發現檸檬酸桿菌到越冬期增多。但是檸檬酸桿菌屬細菌，如何促進其他昆蟲的作用機制以及具體的功能尚不清楚。此外，也不是所有的檸檬酸桿菌對宿主昆蟲均有有利的一面，也存在著不利的一面。有數據顯示，對感染試驗組的東亞飛蝗中，均分離出了呈優勢生長的弗氏檸檬酸桿菌，證實了弗氏檸檬酸桿菌是自然病例的相應病原菌。

1.3 檸檬酸桿菌的降解作用

微生物在降解自然界高分子化合物以及對環境有害物質方面的作用引起了人們的極大關注，特別是在降解農藥、環境污染物等方面。迄今為止，利用微生物進行降解與生物修復的研究很多。其中，對土壤的修復和石油的降解研究較多。已有研究表明，目前已分離出檸檬酸桿菌具有降解石油烴的功能。白蟻是一類具有高效的木質化纖維素消化能力的昆蟲，為木質纖維素的體外降解提供了可能，有研究顯示從黑胸散白蟻分離出的檸檬酸桿菌以及在對土白蟻屬白蟻分離出弗氏檸檬酸桿菌都屬于具有降解纖維素性能的株系，并且在降解方面表現良好，這不僅對宿主營養代謝發揮著重要作用，也對纖維素酶的工業開發具有指導作用。由此可見，在昆蟲體內檸檬酸桿菌也發揮著獨特的降解作用。在對環境污染物降解方面，發現檸檬酸桿菌屬細菌具有降解壬基酚(NP)、泰樂菌素藥渣、生物除磷和吸附重金屬鉻等作用。推測檸檬酸桿菌對U(Ⅵ)的去除可能是細菌細胞壁上的多聚糖、蛋白質和脂類的基團與UO2+的結合形成金屬沉淀，從而達到良好的效果。

1.4 其他功能

有研究通過合成弗氏檸檬酸桿菌的植酸酶密碼子優化的基因，再轉入到畢赤酵母中，得到了高效表達的株系。這為植酸磷的有效利用提供了很好的應用前景，也為研究開發出優質廉價的植酸酶成為可能，在動物生產和環境保護方面具有極大的應用前景。也有研究發現檸檬酸桿菌屬的細菌具有良好的去鐵作用，具有成為微生物燃料的可能。

2 結語

目前，國內外對檸檬酸桿菌的研究主要是關于其致病性和耐藥性的研究，對于其潛在功能的研究尚在探索中。借助分子生物學、轉基因以及宏基因組學，使關于檸檬酸桿菌的研究不斷地深入，也使我們更加了解其內在機理。隨著研究的深入，研究人員開始從鑒定技術轉向研究檸檬酸桿菌與環境以及生物體之間的相互關系以及相互影響，并在其中發現潛在價值。相信在今后的研究中，探索檸檬酸桿菌與其他菌株之間、環境和宿主之間的互作關系和相互影響，以及在這三者之間關系的影響程度的大小將為其他菌株提供借鑒意義，進而使檸檬酸桿菌的負面影響降到最低，充分發揮其有利作用。