蜡样芽孢杆菌致吐毒素的毒性作用与生物合成研究进展

• 作者: 崔一芳 郑敏 丁双阳 朱奎
• 来源期刊: 中国农业科学
• 关键词: 蜡样芽孢杆菌 致吐毒素cereulide 生物合成 非核糖体肽合成酶 毒性
• 年，卷（期）: 2021,（12）
• 所属期刊栏目: 畜牧·兽医·资源昆虫|ANIMAL SCIENCE·VETERINARY SCIENCE·RESOURCE INSECT
• 页码范围: 2666-2674
• 页数: 9页
• 语种: 中文
• DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2021.12.016

摘要

蜡样芽孢杆菌是一类兼性厌氧的革兰氏阳性杆菌,可以产生芽孢抵抗不良环境,并广泛存在于土壤、水、空气和多种食物中.致病性蜡样芽孢杆菌是常见的食源性条件致病菌之一,其引发的食物中毒主要是由其产生的毒素导致的.致吐毒素cereulide是致病性蜡样芽孢杆菌产生的重要毒素之一,是一种小分子亲脂性十二环肽,结构性质十分稳定.Cereulide能够引起恶心、呕吐等轻微的食物中毒症状,也可导致如肝性脑病、急性肝脏衰竭等严重致死的疾病.当前对于cereulide的毒性作用机制研究局限于其刺激传入迷走神经引起呕吐症状,以及作为钾离子载体,诱导线粒体膜电位丧失,并最终导致细胞死亡,而对于其导致的严重肝脏和脑部病变的毒性作用机制研究仍十分不足.Cereulide是由cereulide合成酶基因簇(ces)编码,非核糖体肽合成酶(nonribosomal peptide-synthetase,NRPS)系统控制合成的.Cereulide由两个羟基酸和两个氨基酸残基[-D-HIC-D-Ala-L-HIV-L-Val-]经3次迭代组成三聚体缩酚酞,其结构特殊并有很强的代表性,但因NRPS合成系统的灵活性会产生许多变体,因此cereulide的毒性与其生物合成过程息息相关.文章在现有文献报道和研究数据的基础上,总结并提出了cereulide的生物合成机理:首先,cereulide合成基因簇的CesA和CesB结构域分别识别D-α-酮羧酸、L-丙氨酸、L-α-酮异戊酸和L-缬氨酸,通过共价结合形成cereulide的主要合成单元二肽;其次,依照上述过程重复合成四肽;再通过重复反应合成第二个四肽,两个四肽通过酯化形成八肽;再次重复上述反应,形成三元络合的产物肽;最后,由于ces-NRPS的硫酯酶结构域活性中心表面结构阻止外部水分子进入,并诱导内部亲核攻击反应,最终释放出环状cereulide.目前,由产cereulide的蜡样芽孢杆菌引起的食物中毒风险被低估.并且,本团队前期研究发现部分芽孢杆菌微生态制剂中混有产cereulide的蜡样芽孢杆菌菌株.因此,产cereulide蜡样芽孢杆菌的存在对食品安全和公共健康均构成了潜在风险.文章综述了cereulide的毒性作用及机制,为进一步研发cereulide防控措施提供科学依据;总结并提出了cereulide的生物合成机理,强调了催化酮酸形成酯的酮还原酶域(KR),及形成重复单元和环肽的硫酯酶域(TE)在其合成中的重要作用,为阐明类似结构的非核糖体肽合成提供新的思路.