細菌素

細菌素（bacteriocin）是由細菌產生的有殺菌或抑菌作用的物質。主要含有具生物活性的蛋白質部分，對同種近緣菌株呈現狹窄的活性抑制譜，附著在敏感細胞特異性受點上。

細菌素的產生和寄主細胞對細菌素的免疫性都由質粒控制。細菌產生細菌素是細胞的致死過程。致死物質按其性質可分為兩類，一類是低分子量的蛋白質或肽，很難在電子顯微鏡下觀察到這類物質的結構，對胰蛋白酶多不穩定；另一類是具有複雜結構的蛋白質顆粒，有噬菌體部分形態結構，易於在電子顯微鏡下觀察，對胰蛋白酶穩定。

1925年，A·格雷希亞首次報道了大腸桿菌V株產生一種對大腸桿菌Φ株有殺菌作用的物質，這類物質被稱作大腸桿菌素。以後又發現許多細菌都能產生大腸桿菌素，而且產大腸桿菌素因子可以從供體細胞轉移到受體細胞。

20世紀70年代以後，對細菌素的研究進入分子生物學水平，開展了對細菌素的化學性質、結構、生物合成、釋放和作用方式等方面的探索。利用細菌素或與噬菌體方法結合，可以有效地進行某些細菌的分型和病原菌的流行檢查。

1、細菌素以生產菌而命名 如大腸桿菌產生的細菌素稱大腸桿菌素，乳酸菌產生的稱為乳酸鏈球菌素（乳鏈菌肽，Nisin），綠膿桿菌產生的稱綠膿桿菌素。

2、細菌素根據化學結構、穩定性和分子量大小可分為4類。

第一類定義為羊毛硫抗生素（Lantibiotics），是一類小分子的修飾肽，含19—50個以上的氨基酸分子，分子活性部位有羊毛硫氨酸（Lanthionine）、β－甲基羊毛硫氨酸（βmethyllanthionine）、脫氫酪氨酸（Dehydrobutyrine）和脫氫丙氨酸（Dehydroalanine）等非編碼氨基酸。Lantibiotics又可細分為兩個亞類：Ia類是由在靶目標膜上形成孔道的陽離子和疏水基團組成的肽，它與結構穩定的Ib類相比，結構的伸展性更好；Ib類是球狀的肽類，它不帶電或帶負電。

第二類是小分子的熱穩定肽（SHSP），分子量小於10Kda，具有疏水性和膜活性，其結構特徵為：N末端信號肽序列長度為18—21個氨基酸，前導肽鏈由一個蛋氨酸，並常隨一個賴氨酸；有活性的細菌素其N—末端+1的位置上通常是賴氨酸或精氨酸。可以分為3個亞類：Iia類N—末端氨基酸序列為Tyr－Gly－Asn－Gly－Val，並由兩個半胱氨酸所構成的S－S橋，對利斯特氏桿菌有活性；Iib類孔道複合物由兩個具有不同氨基酸序列的肽類寡聚體形成；Iic類能被硫醇激活、活性基團要求有原性半胱氨酸殘基。

第三類是熱敏感的大分子蛋白（LHLP），分子量一般大於10Kda，通常在100℃或更低溫度30s內即失活，它們的抑菌譜較窄。

第四類是複合型的大分子複合物，除蛋白質外含有碳水化合物或類脂基團，目前這類細菌素還未被純化。

第二、三、四類細菌素由於不含羊毛硫氨基酸，所以通常又被稱為非羊毛硫抗生素（Non－lantibioticbacteriocin）

細菌素通常由革蘭氏陽性菌產生並可以抑制其他親緣關係較近的革蘭氏陽性菌，對大多數的革蘭氏陰性菌、真菌等均沒有抑制作用。細菌素可以抑制許多革蘭氏陽性菌，如Nisin抑制葡萄菌屬、鏈球菌屬、小球菌屬和乳桿菌屬的某些菌種，抑制大部分梭菌屬和芽孢桿菌屬的孢子；嗜酸乳桿菌和發酵乳桿菌產生的細菌素對乳桿菌、片球菌、明串球菌、乳球菌和嗜熱鏈球菌。但有研究發現，Nisin與螯合劑（如EDTA）連接后，改變了細胞的滲透性，可以抑制一些革蘭氏陰性菌，如E．coli和Salmonellasp．；或將Na3PO4與Nisin結合使用，可以提高革蘭氏陰性菌對Nisin的敏感性。部分非羊毛硫抗生素其抑菌範圍卻很窄，如LactococcinA等。

由於一種細菌素並不是對每種菌都有抑制作用，在其對特殊菌株的親和力實驗中發現，菌株磷脂組成的pH影響最低抑菌濃度（MIC）。有研究顯示，膜通道的形成與細菌膜表面的“耦合分子基團”有關，耦合分子基團使得細菌素與細胞的相互作用更易於進行，從而提高細菌素的抑菌有效性。這一機制已成功地闡述了Nisin和Mersacidin的作用機制。兩者都是使用脂質體Ⅱ、肽聚糖前體作為對接分子與靶細胞作用。相應的Mersacidin是抑制肽聚糖的合成，從而使細胞壁和磷脂的合成受阻，使細胞質溢出。目前認為，一些細胞壁的生物合成是Nisin作用的靶點。其他的細菌素也是靶細胞膜上的特殊位點相互作用，這些位點可能是蛋白質。這種作用可以提高細菌素的有效性。

部分細菌素已廣泛地應用於肉類工業、奶製品工業、釀酒和糧食加工等領域。目前，在食品應用中研究得最透徹的細菌素是乳鏈菌素Nisin，美國已將此用於食品添加劑。硝酸鹽被廣泛地應用在肉類食品中，以防止使食品很容易變質的梭菌存在，但其對人體健康傷害很大，甚至危及生命。使用Nisin或含低量硝酸鹽的Nisin可以抑制梭菌（Clostrididal）的生長，以減少硝酸鹽含量。在西方國家，細菌素已用於奶制食品中，可以抗Clostridial和Listeria。例如，Nisin可以控制乳酪中C．botulinum孢子生長，並已成為巴氏滅菌精製奶和糊狀食品最有效的防腐劑。添加Nisin可防止牛乳及乳製品的腐敗，延長其貨架期。由於Nisin在偏酸性下較穩定且易溶解，所以比較適宜在酸性罐頭食品中添加，同時還可降低罐頭的滅菌強度，提高內在品質。Nisin在酒精飲料中應用也比較廣泛，由於Nisin對酵母菌沒有抑制作用，所以對發酵沒有任何影響，並還可以很好地抑製革蘭氏陽性菌，保證產品質量。目前Nisin在全世界範圍內的各種食品中得到普遍應用。現在許多研究證明，產生細菌素的發酵劑在發酵過程中可以防止或抑制不良菌的污染，因而將產細菌素的乳酸菌加入到食品中比直接加細菌素更好。但細菌素抗菌譜有一定的範圍，為擴大其抑菌範圍，可將幾種細菌素或將其他來自於動植物（如抗菌肽）等天然食品防腐劑配合使用，利用它們的協同作用，增強抑菌範圍及強度，或與部分化學防腐劑絡合使用，既可增加抑菌範圍又可減少化學防腐劑的使用。