魏斯氏菌的研究现状＊

王海娟，戴雨珂，潘渠△

1.成都医学院 病原生物学教研室（成都 610500）；2.成都医学院 公共卫生系（成都 610500）

魏斯氏菌（Weissella）属于乳酸菌（lactic acid bacteria），其在微生物学、医药学、发酵、工业及食品加工等方面的作用近年来开始受到研究者的关注。本文主要对魏斯氏菌中的质粒、β－葡糖苷酶、噬菌体及其益生作用等作一综述。

1 魏斯氏菌的主要特征

目前 GenBank数据库中（http：／／www.ncbi.nlm.nih.gov／genbank／）魏斯氏菌属已命名的有15个种。魏斯氏菌的生存环境范围比较广泛，植物性材料、肉类制品以及人和动物的粪便中均可分离得到［1－2］。魏斯氏菌在微观和宏观形态方面与乳酸菌的其它代表菌种相似，特别是容易与明串珠菌（Leuconostoc）和乳杆菌（Lactobacillus）相混淆。魏斯氏菌是革兰氏阳性菌，呈不规则的短杆状，两端呈圆形或稍细小，成对或短链排列。在MRS琼脂培养基上，魏斯氏菌形成透明的小菌落，呈微隆起圆状轮廓。魏斯氏菌是选择性厌氧菌，在微需氧培养条件下生长迅速。除了融合魏斯氏菌（W.confusa）的某些菌株，大部分魏斯氏菌的适宜生长温度范围为15～45℃。魏斯氏菌无芽胞、氧化酶和过氧化氢酶，但类肠膜魏斯氏菌（W.paramesenteroides）在低葡萄糖含量下能产生过氧化氢酶。在有氧条件下，魏斯氏菌能够贮存过氧化氢，但无法减少硝酸盐和水解明胶［1］。魏斯氏菌异型发酵葡萄糖能产生乳酸的两种旋光异构体，生成乳酸的旋光性因种而异。除了乳酸外，魏斯氏菌发酵葡萄糖还能产生CO2、乙醇和（或）乙酸［3］。

2 魏斯氏菌中的质粒

2007年Park等首次从韩国泡菜分离的食窦魏斯氏菌（W.cibaria）中鉴定出pLKCA 和pLKCB 2个质粒。pLKCA含有1个开放阅读框（ORF），pLKCB含有2个开放阅读框。pLKCA的开放阅读框编码与滚环复制相关的复制蛋白，然而pLKCB的2个开放阅读框却没有编码质粒复制所必须的复制蛋白。可以确定的是，这2个质粒都有1个包含3个反向重复序列的复制起点序列，pLKCB应该像pLKCA一样至少有1个编码复制蛋白的基因。很可能是因为GenBank数据库中关于魏斯氏菌基因的相关数据太少，以至于不能推定pLKCB质粒阅读框的具体功能［4］。在对发酵辣白菜的研究中，金红星等［5］从食窦魏斯氏菌中分离出2个质粒，其大小分别为3 000bp和8 000bp。Kim［4］等从韩国泡菜分离得到的食窦魏斯氏菌（W.cibaria KLC140）中发现6种不同质粒，其中最小质粒pKW2124长度为2 126bp，GC含量为36.39%，低于其染色体DNA中的GC含量（45%），说明pKW2124可能来源于其他细菌。质粒序列分析显示，pKW2124含有5个开放阅读框。ORF1由318个氨基酸组成，与植物乳杆菌（L.plantarum）的质粒（pLP1、pLP200及pC30il）和类植物乳杆菌（L.paraplantarum）的质粒pC7的滚环复制蛋白相似。ORF2与恶臭假单胞菌（Pseudomonas putida）的保守蛋白相似。ORF3与 植物乳杆菌（L.plantarum WCFS1）质粒（pWCFS101）的推定蛋白相似。ORF4和ORF5的编码序列在BLASTN数据搜索里面没有与之相匹配的氨基酸序列。

3 魏斯氏菌β－葡糖苷酶的研究

β－葡糖苷酶能够催化寡糖、细胞壁成分、颜料及生氰葡糖苷的糖苷键水解［6］，能水解纤维二糖，释放葡萄糖，是纤维素酶的一种。Lee等［2］从人粪便来源的食窦魏斯氏菌（W.cibaria 37）中克隆到了编码β－葡糖苷酶的基因，并在大肠杆菌中得到了功能性表达。该食窦魏斯氏菌菌株能在以纤维二糖为碳源的培养基上生长，表明魏斯氏菌可能参与了肠道中纤维性食物的利用，有可能应用于纤维素降解相关的加工工业。

木质纤维素是地球上存在的最广泛、最廉价的可再生性碳水化合物，占地球总生物量的40%［7］。纤维素的降解是一个复杂的多细菌参与过程，主要发生在食草动物的胃肠道和堆肥等植物发酵场所。较为广泛接受的协同理论认为，纤维素的彻底降解至少需要3种酶协同作用：外切－β－1，4－葡聚糖酶（exo－β－1，4－glucanases，EC 3.2.1.91），又称为纤维二糖水酶（cellobiohydrolases），简称为外切酶（CBH）；内 切－β－1，4－葡聚糖酶（endo－β－1，4－glucanases，EC 3.2.1.4），简称为内切酶（EG）；β－葡糖苷酶（β－1，4－glucosidases，EC 3.2.1.21）［8］。魏斯氏菌已经多次在食草动物的胃肠道中被发现，Lee等的研究首次证明魏斯氏菌能表达β－葡糖苷酶，据此推测魏斯氏菌参与了纤维素降解。在食草动物的胃肠道中，假单胞菌等分泌出漆酶，降解包裹着纤维素的木质素，使纤维素裸露；再由真菌、纤维降解细菌等分泌的纤维素外切酶和内切酶作用，降解为寡聚糖、纤维二糖和少量葡萄糖［8，10］；魏斯氏菌等产生β－葡糖苷酶的细菌和真菌可利用纤维二糖生长，最后动物消化掉利用纤维二糖生长起来的细菌和真菌，从而将纤维素间接利用（图1）。通常纤维素降解菌分泌的纤维素酶在黏连蛋白和对接蛋白的作用下形成纤维素降解复合体，被称为纤维小体（cellulosome）［9］，这些纤维小体通常被固定在纤维降解菌表面。

图1 魏斯氏菌参与纤维素降解的机理图

4 魏斯氏菌噬菌体的研究

噬菌体（bacteriophage）是感染细菌、真菌、放线菌或螺旋体等微生物的细菌病毒的总称。Lu等［11］曾在发酵泡菜中发现了感染魏斯氏菌属的噬菌体，但未对该魏斯氏菌进行具体鉴定。Pringsulaka等［12］对泰国发酵猪肉香肠中乳酸菌的研究，分离出一种感染食窦魏斯氏菌的短尾噬菌体Φ22，并发现通过感染噬菌体可以对食品中的食窦魏斯氏菌进行调控，进而改变食品的口感风味及储存时间。Kleppen等［13］从韩国发酵泡菜中分离得到了一种新型的食窦魏斯氏菌噬菌体（ΦYS61），基因组序列分析显示该噬菌体可能属于短尾噬菌体科的一个亚科。

5 魏斯氏菌益生作用的研究

Lee等［14］对分离自人粪便的8株魏斯氏菌益生性质的研究发现，融合魏斯氏菌（W.confusa 31）能在pH3.0条件下生存，而且能耐受浓度为0.3%的胆盐，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，而食窦魏斯氏菌（W.cibaria 31）的β－葡糖苷酶活力［（115.12±5.3）U／mg蛋白］最高，所有菌株对Caco－2细胞的黏附能力都比鼠李糖乳杆菌（L.rhamnosus GG）强。该研究结果表明，W.confusa 31和 W.confusa 20在益生应用方面值得更深层次的探讨。据报道，绿色魏斯氏菌（W.viridescens）对多种革兰阳性和阴性菌具有抑菌作用，如：肉毒杆菌（Clostridium botulinum）、单核细胞增多性李斯特氏菌（Listeria monocytogenes）、蜡样芽胞杆菌（Bacillus cereus）和大肠杆菌（Escherichia coli），这一特性将有助于提高食品的保质期及微生物安全［15］。Baek等［16］发现在大米生面团的发酵过程中，融合魏斯氏菌能抑制3种真菌的生长，分别为枝孢菌（Cladosporium sp.YS1）、脉孢菌（Neurospora sp.YS3）和皮壳青霉（Penicillium crustosum YS2），与之相关的研究也发现食窦魏斯氏菌AT6发酵液在酸性pH条件下时，对白色念珠菌（Monilia albican）等具有较好抑制效果，在pH＝4时，抑制率为78%～86%［17］。Tingirikari等［18］从食窦魏斯氏菌（W.cibaria JAG8）中得到了一种新的葡聚糖，在模拟胃液（pH 1.0）及淀粉酶（pH 7.0）实验中，尽管其水解率比菊粉低12～33倍，但却能促进乳酸菌亚种动物双歧杆菌（Bifidobacterium animalis）、婴儿双歧杆菌（B.infantis）和嗜酸乳杆菌（L.acidophilus）的生长，可与菊粉相媲美，同时对大肠杆菌的生长没有促进作用，该研究提示这种新的葡聚糖在被应用于益生元促进健康方面有一定的潜能。

6 小结

目前，对魏斯氏菌的研究还比较有限。魏斯氏菌质粒的研究可以为我们提供新的载体资源，发现质粒的菌种大都是食窦魏斯氏菌，其他菌种可能也存在着未被发现的质粒。而魏斯氏菌β－葡糖苷酶的发现，说明魏斯氏菌可能参与了宿主体内纤维素的降解过程，其具体机制有待进一步的研究。魏斯氏菌相比于木质纤维素主要降解者——真菌，它广泛存在于自然界，且繁殖速度更快；真菌分泌的游离纤维素酶大多以水解酶机制和氧化酶机制降解纤维素；细菌则主要以形成纤维小体而起作用，细菌纤维小体降解纤维素更加彻底有效［19］。魏斯氏菌β－葡糖苷酶的深入研究对纤维素酶基因工程菌构建方面具有促进作用，在资源利用和工业与食品加工方面更具应用潜能。魏斯氏菌噬菌体的深入研究将有利于对魏斯氏菌的调控，利于食品的加工储存。魏斯氏菌作为益生菌中乳酸菌的一员，其在β－葡糖苷酶活性、抗真菌性、促进乳杆菌生长等益生作用方面显示出一定优势，未来其应用范围将更加广泛。

综上所述，魏斯氏菌具有广阔的应用前景，蕴藏着较大的市场潜力。魏斯氏菌的研究探索还处于初始阶段，国内对其关注相对较少，还有待更深入的研究。

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