细菌素（bacteriocin）

1.细菌产生的一种抗生代谢产物，对同源种或近似种才有拮抗作用；

2.蛋白质是主要成分；

3.有一定的作用机制（杀菌模式）；

4.由质粒控制。

由细菌产生的有杀菌或抑菌作用的物质。主要含有具生物活性的蛋白质部分，对同种近缘菌株呈现狭窄的活性抑制谱，附着在敏感细胞特异性受点上。

细菌素的产生和寄主细胞对细菌素的免疫性都由质粒控制。细菌产生细菌素是细胞的致死过程。致死物质按其性质可分为两类，一类是低分子量的蛋白质或肽，很难在电子显微镜下观察到这类物质的结构，对胰蛋白酶多不稳定；另一类是具有复杂结构的蛋白质颗粒，有噬菌体部分形态结构，易于在电子显微镜下观察，对胰蛋白酶稳定。

1925年，A·格雷希亚首次报道了大肠杆菌V株产生一种对大肠杆菌Φ株有杀菌作用的物质，这类物质被称作大肠杆菌素。以后又发现许多细菌都能产生大肠杆菌素，而且产大肠杆菌素因子可以从供体细胞转移到受体细胞。

20世纪70年代以后，对细菌素的研究进入分子生物学水平，开展了对细菌素的化学性质、结构、生物合成、释放和作用方式等方面的探索。利用细菌素或与噬菌体方法结合，可以有效地进行某些细菌的分型和病原菌的流行检查。

细菌素的分类

1、细菌素以生产菌而命名 如大肠杆菌产生的细菌素称大肠菌素，乳酸菌产生的称为乳酸链球菌素（乳链菌肽，Nisin），绿脓杆菌产生的称绿脓菌素。

2、细菌素根据化学结构、稳定性和分子量大小可分为4类。

第一类定义为羊毛硫抗生素（Lantibiotics），是一类小分子的修饰肽，含19—50个以上的氨基酸分子，分子活性部位有羊毛硫氨酸（Lanthionine）、β－甲基羊毛硫氨酸（βmethyllanthionine）、脱氢酪氨酸（Dehydrobutyrine）和脱氢丙氨酸（Dehydroalanine）等非编码氨基酸。Lantibiotics又可细分为两个亚类：Ia类是由在靶目标膜上形成孔道的阳离子和疏水基团组成的肽，它与结构稳定的Ib类相比，结构的伸展性更好；Ib类是球状的肽类，它不带电或带负电。

第二类是小分子的热稳定肽（SHSP），分子量小于10Kda，具有疏水性和膜活性，其结构特征为：N末端信号肽序列长度为18—21个氨基酸，前导肽链由一个蛋氨酸，并常随一个赖氨酸；有活性的细菌素其N—末端+1的位置上通常是赖氨酸或精氨酸。可以分为3个亚类：Iia类N—末端氨基酸序列为Tyr－Gly－Asn－Gly－Val，并由两个半胱氨酸所构成的S－S桥，对利斯特氏杆菌有活性；Iib类孔道复合物由两个具有不同氨基酸序列的肽类寡聚体形成；Iic类能被硫醇激活、活性基团要求有原性半胱氨酸残基。

第三类是热敏感的大分子蛋白（LHLP），分子量一般大于10Kda，通常在100℃或更低温度30s内即失活，它们的抑菌谱较窄。

第四类是复合型的大分子复合物，除蛋白质外含有碳水化合物或类脂基团，目前这类细菌素还未被纯化。

第二、三、四类细菌素由于不含羊毛硫氨基酸，所以通常又被称为非羊毛硫抗生素（Non－lantibioticbacteriocin）

细菌素抑菌范围

　细菌素通常由革兰氏阳性菌产生并可以抑制其他的革兰氏阳性菌，如乳球菌、葡萄杆菌、利斯特氏杆菌等，对大多数的革兰氏阴性菌、真菌等均没有抑制作用。细菌素可以抑制许多革兰氏阳性菌，如Nisin抑制葡萄菌属、链球菌属、小球菌属和乳杆菌属的某些菌种，抑制大部分梭菌属和芽孢杆菌属的孢子；嗜酸乳杆菌和发酵乳杆菌产生的细菌素对乳杆菌、片球菌、明串球菌、乳球菌和嗜热链球菌有抑制作用。但有研究发现，Nisin与螯合剂（如EDTA）连接后，改变了细胞的渗透性，可以抑制一些革兰氏阴性菌，如E．coli和Salmonellasp．；或将Na3PO4与Nisin结合使用，可以提高革兰氏阴性菌对Nisin的敏感性。部分非羊毛硫抗生素其抑菌范围却很窄，如LactococcinA等。

细菌素作用机制

由于细菌素并不是对每种菌都有抑制作用，在其对特殊菌株的亲和力实验中发现，菌株磷脂组成的pH影响最低抑菌浓度（MIC）。有研究显示，通道的形成与细菌膜表面的“耦合分子基团”有关，耦合

分子基团使得细菌素与细胞的相互作用更易于进行，从而提高细菌素的抑菌有效性。这一机制已成功地阐述了Nisin和Mersacidin的作用机制。两者都是使用脂质体Ⅱ、肽聚糖前体作为对接分子与靶细胞作

用。相应的Mersacidin是抑制肽聚糖的合成，从而使细胞壁和磷脂的合成受阻，使细胞质溢出。目前认为，一些细胞壁的生物合成是Nisin作用的靶点。其他的细菌素也是靶细胞膜上的特殊位点相互作用，这

些位点可能是蛋白质。这种作用可以提高细菌素的有效性。

细菌素的应用

部分细菌素已广泛地应用于肉类工业、奶制品工业、酿酒和粮食加工等领域。目前，在食品应用中研究得最透彻的细菌素是乳链菌素Nisin，美国已将此用于食品添加剂。硝酸盐被广泛地应用在肉类食

品中，以防止使食品很容易变质的梭菌存在，对人体产生有害物质，甚至危及生命。使用Nisin或含低量硝酸盐的Nisin可以抑制梭菌（Clostrididal）的生长，以减少硝酸盐含量。在西方国家，细菌素已用于奶制食品中，可以抗Clostridial和Listeria。例如，Nisin可以控制奶酪中C．botulinum孢子生长，并已成为巴氏灭菌精制奶和糊状食品最有效的防腐剂。添加Nisin可防止牛乳及乳制品的腐败，延长其货架期。由于Nisin在偏酸性下较稳定且易溶解，所以比较适宜在酸性罐头食品中添加，同时还可降低罐头的灭菌强度，提高内在品质。Nisin在酒精饮料中应用也比较广泛，由于Nisin对酵母菌没有抑制作用，所以对发酵没有任何影响，并还可以很好地抑制革兰氏阳性菌，保证产品质量。目前Nisin在全世界范围内的各种食品中得到普遍应用。现在许多研究证明，产生细菌素的发酵剂在发酵过程中可以防止或抑制不良菌的污染，因而将产细菌素的乳酸菌加入到食品中比直接加细菌素更好。但细菌素抗菌谱有一定的范围，为扩大其抑菌范围，可将几种细菌素或将其他来自于动植物（如抗菌肽）等天然食品防腐剂配合使用，利用它们的协同作用，增强抑菌范围及强度，或与部分化学防腐剂络合使用，既可增加抑菌范围又可减少化学防腐剂的使用。