乳酸杆菌

Jvo Siegrist

微生物学焦点 1.1 版

ivo.siegrist@sial.com

结构与新陈代谢

这个庞大的群体在人类健康中发挥着重要而多样的作用

乳酸杆菌【sing: lactobacillus】是杆状的,兼性厌氧或微需氧发酵的革兰氏阳性菌。通常成直杆状,但在某些条件下可观察到螺旋形或球形杆菌形状。在大多数情况下,以链状排列。乳酸杆菌属于乳酸菌,是构成该群组的主要菌种。顾名思义,它们产生乳酸,从乳糖、葡萄糖和其他糖的发酵中获得能量,通过同质发酵产生乳酸。发酵过程中,约85-90%的糖转化为乳酸。除了可以将糖转化成乳酸之外,还存在一些产生酒精的异质发酵乳酸杆菌。这种产酸机制抑制其他生物的生长,有利于乳酸杆菌在低pH环境中生长。在该过程中,通过非氧化底物水平的磷酸化产生ATP。

乳酸杆菌

图 1.杆状乳酸杆菌属细菌

乳酸杆菌种类根据其代谢可分为三个群组(根据Kandler和Weiss):

  • 专性同型发酵菌(I组)嗜酸乳杆菌、德氏乳杆菌、唾液乳杆菌、瑞士乳杆菌
  • 兼性异型发酵菌(II组)干酪乳杆菌、植物乳杆菌、弯曲乳杆菌、沙克乳杆菌
  • 专性异型发酵菌(III组)短乳杆菌、布氏乳杆菌、发酵乳杆菌、洛德乳杆菌

乳酸杆菌的传代时间为25分钟至数百分钟不等。最佳生长温度范围为30至40 °C,但也有一些嗜热菌株在约45 °C的温度下生长良好,并且具有高度活跃的新陈代谢。

天然来源

乳酸杆菌无处不在,通常无害。在人和动物中,它们存在于肠道中,并发挥多种有益功能,包括免疫调节、抑制肠道病原体、维持肠道菌群均衡。从负面来看,乳酸杆菌会分解植物,并且是造成蔬菜、水果、饮料和其他营养物质腐败的因素。干酪乳杆菌短乳杆菌是两种最常见的啤酒腐败菌。

已知某些乳杆菌,如德氏乳杆菌会引起尿路感染。(2)

乳酸杆菌的用途

生活中,乳酸杆菌发挥着多种功能:它们被用于生产酸奶、奶酪、巧克力、酸面包、酸菜、泡菜、传统韩国泡菜、啤酒、葡萄酒、苹果酒和许多其他发酵食品。乳酸杆菌在动物饲料(青贮饲料)生产中也很重要。它们产生乳酸,降低pH值,从而抑制其他有害细菌的生长。

许多研究表明,肠道中健康的乳酸杆菌菌群是非常有益的。它们的潜在治疗作用包括抗炎、抗癌和增强免疫系统等。因此,乳酸杆菌通常作为益生菌添加到食品中。

乳酸杆菌和双歧杆菌的鉴定

选择性培养基被广泛用于基于表型来鉴定乳杆菌。经典的乳酸杆菌表型鉴定实验是基于生理特征(如能动性、生长温度、呼吸类型、在氯化钠中的生长情况)、以及多种生化特征(例如发酵类型、碳水化合物底物的代谢、乳酸异构体的产生、乳汁的凝固、精氨酸二水解酶等特定酶的存在等)。在Bergey的实验手册中,乳酸杆菌被描述为杆状、革兰氏阳性、非孢子形成、抗酸阴性和过氧化氢酶阴性。在一定培养基上长出的菌落形态可被用于鉴定。还有三种API测试(API 50 CH、LRA Zym和API Zym)也可用于鉴定,但这些测试的可靠性受到质疑(1)。另一种有趣的方法是蛋白指纹法,即用SDS凝胶电泳对整个细菌细胞进行电泳分析。

现在,可以使用分子生物学的方法作为替代方法,例如PCR。然而,它们通常非常昂贵。Sigma-Aldrich提供了一种革命性分子生物学方法,它快速、简便且经济有效。基于rRNA的检测,该方法完全避免了PCR扩增的需要。这种被称为HybriScan的夹心杂交实验是在微量滴定板上进行的。HybriScan实验检测到的乳酸杆菌范围列于表1中。

表1.HybriScan产品(HybriScanD = 检测试剂盒;HybriScanI = 鉴定试剂盒)

如想更详细了解测试及其背后的技术原理,请访问我们的网站,sigma-aldrich.com/ hybriscan。

材料
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参考文献

1.
Coeuret V, Dubernet S, Bernardeau M, Gueguen M, Vernoux JP. 2003. Article. Lait. 83(4):269-306. http://dx.doi.org/10.1051/lait:2003019
2.
Darbro BW, Petroelje BK, Doern GV. 2009. Lactobacillus delbrueckii as the Cause of Urinary Tract Infection. Journal of Clinical Microbiology. 47(1):275-277. http://dx.doi.org/10.1128/jcm.01630-08