凝結芽孢桿菌（Bacillus coagulans）在發(fā)酵培養(yǎng)過程中能分解糖類生成乳酸，又稱為芽孢乳酸菌，屬于硬 ( 或厚) 壁菌門腸道乳酸菌，屬于兼性厭氧型革蘭氏陽性菌。胞體呈桿狀，兩端鈍圓，單個、成對、少數(shù)呈短鏈狀，芽孢端生，無鞭毛，可運動，菌落形態(tài)呈不透明白色。凝結芽孢桿菌可利用葡萄糖、木糖等產(chǎn)生 L－乳酸，具有乳酸桿菌和雙歧桿菌等腸道主要有益菌相似的益生功能。最適生長溫度為37 ～45 ℃，最適 pH 值為 6. 0 ～ 7. 0。
凝結芽胞桿菌的作用特點
凝結芽胞桿菌經(jīng)口服進入胃后，由于胃的蠕動或機械運動，它們經(jīng)過低 pH 的胃液及胃的內容物，開始被活化。
芽胞衣膨脹，芽胞形狀增大，水含量增加，代謝速率加快。 從芽胞衣上長出突起，待凝結芽胞桿菌進入十二指腸時，孢子萌發(fā)形成營養(yǎng)細胞。
營養(yǎng)細胞而后進入小腸，并開始生長和繁殖。 大約每 30 分鐘能繁殖一代，因而能產(chǎn)生大量地活菌。
它們能夠在腸道內定居，并產(chǎn)生大量地抑制有害菌的凝固素（Coagulin）和 L（＋ ）乳酸，還產(chǎn)生 B 族維生素和各種消化酶，有益于營養(yǎng)的吸收。
凝結芽孢桿菌主要抑菌物質是有機酸和抗菌肽，對多種致病菌都具有殺菌活性［1］。凝結芽孢桿菌產(chǎn)生的乳酸可降低腸道 pH 值，抑制有害菌生長，對沙門氏菌有一定抑制作用（趙鈺等，2015）[2]。
同時凝結芽孢桿菌的定植優(yōu)化了腸道有益厭氧菌 ( 乳酸菌和雙歧桿菌） 的生長環(huán)境，對游離氧的消耗，抑制了需氧的有害菌。從而調節(jié)了腸道微生物菌群的平衡。
凝結芽孢桿菌代謝過程中產(chǎn)生的物質有細菌素（Bacteriocin）、硫 肽（Thiopeptide）、內酯（Betalactone）、糖類（Saccharide）等。凝結芽孢桿菌分泌的細菌素是一種抗菌肽類物質，被稱為凝固素（coagulin）。凝固素能夠抑制沙門菌、小球菌等諸多致病菌的生長。凝固素（coagulin）的主要抑菌方式是增強膜的通透性，破壞膜質子動力勢，并引起膜穿孔，導致細菌裂解死亡［3－4］。因此，凝固素（coagulin）不易使細菌產(chǎn)生廣泛的耐藥性，被認為是最具潛力的抗菌劑之一。
凝固素（coagulin）在 60 ℃ 能夠穩(wěn)定 90 min，在 pH 4 ～ 8 時保持穩(wěn)定，不受 α 淀粉酶、脂酶或有機溶劑（10％ 體積分數(shù)）的影響。 CLAIRE 等人在 2000 年測定了凝結素分子的一級結構區(qū)，這是一種由 44 個氨基酸殘基組成的蛋白質［5］。
凝固素（coagulin）是由核糖體合成的抗菌肽［6］。細菌的細胞膜含有磷脂，其細胞壁呈酸性，這就使得帶正電荷的、含有兩性區(qū)或疏水區(qū)的凝固素（coagulin）能穿過靶細胞的細胞膜而殺死靶細胞。 這也就是產(chǎn)生細菌素的細菌能殺死其它細菌、抑制其它細菌生長的原因。
凝固素（coagulin）分子可以大致分為兩個區(qū)域， 一個區(qū)域帶有陽離子、具有親水性、其 N 端高度保守；另一區(qū)域則是不太保守、具有疏水性或兩性的 C端。 凝固素（coagulin）分子的 N 端和分子中間區(qū)域是折疊片。而折疊片由二硫鍵和兩性的α螺旋所支持。
帶有正電荷的、高度保守的 N 端折疊片通過靜電反應，調節(jié)其與靶細胞表面的初始階段的結合；而具有疏水性或兩性的C端發(fā)卡樣結構域則穿透靶細胞的細胞膜中疏水性區(qū)域［7］ ，從而導致靶細胞膜的滲漏。一般情況下凝固素的一級結構區(qū)不穩(wěn)定，但在疏水性的環(huán)境中可通過轉換成高級結構區(qū)，保持一定的穩(wěn)定性，從而發(fā)揮抑菌作用[8]。
凝固素（coagulin）二級結構區(qū)主要為α-螺旋、β-折疊、β-發(fā)夾結構（loop 結構區(qū)）及延伸結構（無序結構區(qū)）。α-螺旋型的 N 端和 C 端分別呈親水性和疏水性， 形成了帶正電荷的兩親性結構區(qū)， 這種結構區(qū)對破壞細菌細胞膜發(fā)揮著極其重要的作用[9-11]。分子內二硫鍵對凝固素（coagulin）結構的穩(wěn)定性極其重要， 使其更易于穿過細菌的細胞膜[12]。正常情況下，凝固素（coagulin）并沒有表現(xiàn)出統(tǒng)一的4種二級結構區(qū)，當凝固素（coagulin）與細胞膜接觸進入與脂質結合的疏水部分才會表現(xiàn)出一些特定的二級結構[13-14]。
反向平行的β-折疊及分子內二硫鍵是此類抗菌肽的主要結構區(qū)特征。 分子內二硫鍵對凝固（coagulin）素結構的穩(wěn)定性極其重要， 使其更易于穿過細菌的細胞膜[15]。
凝固素（coagulin）對不同致病菌的抑菌機理都是不同的，無論哪種機制都要經(jīng)過吸引、附著、插入、定向幾個過程，與細菌細胞進行接觸。
α-螺旋型通常是憑借靜電引力結合到細菌細胞膜上。其C端憑借疏水作用與磷脂結合，插入細胞質膜，使細菌細胞膜結構區(qū)破壞。 而且抗菌肽分子的單體會不斷聚集，導致形成的離子通道孔徑不斷增大，使得內容物不斷流出，最終致使細菌死亡[9-11，16]。β-折疊和β-發(fā)夾結構的抑菌機理與α-螺旋型相似，都是依賴于兩親性結構區(qū)特點，破壞細菌的細胞膜致其死亡[17]。
微生態(tài)益生菌制劑在畜牧業(yè)生產(chǎn)中應用日益廣泛，然而對其抑菌代謝活性物質的研究還不夠深入。隨著細菌素分析提純技術和分子生物學的不斷發(fā)展，通過分子結構修飾改造提高其抑菌活性，穩(wěn)定性及安全性，屆時其在替抗中的應用將更加廣泛。
參考文獻
[1] 李剛 ，傅玲琳 ,王彥波. 益生菌凝結芽孢桿菌胞外產(chǎn)物抑菌特性研究［J］. 食品科技 ， 2013, 38（10）：20-24.
[2]趙鈺, 傅玲琳， 王彥波. 凝結芽孢桿菌抑菌物質的理化特性研究[J]。食品研究與開發(fā), 2015, 36(1): 20-25.
[3]楊昆，王歡，高潔，等．抗菌肽 BCp12 對大腸桿菌壁膜及DNA損傷的作用機制［J］．食品科學，2021，42( 19) : 114 － 121．
[4]WANG Y，QIN Y X，ZHANG Y，et al． Antibacterial mechanism of plantaricin LPL-1，a novel class IIa bacteriocin against Listeria monocytogenes［J］． Food Control，2019，97: 87 － 93．
[5]CLAIRE LE MARREC， BERTRAND HYRONIMUS，PHILUOOE BRESSOLLIER，
etal． Urdaci biochemical and genetic characterization of coagulin，a new antilisterial bacteriocin in the pediocin family of bacteriocins，produced by Bacillus coagulans I4 ［J］ ． Appl Environ Microbiol． 2000，66（12）：5213-5220．
[6] Jack． RW，JR Tagg and B Ray． Bacteriocins of gram-positive bacteria
Microbiol［ J］ ． Rev．1995，59（2）：171-200．
[7]LINE JNSEN，GUNNAR FIMLAND and JON NISSEN-MEYER． Thec-terminal Domain of pediocin-like antimicrobial peptides （class IIabacteriocins）Is involved in specific recognition of the c-terminal partof cognate immunity proteins and in determining the Antimicrobialspectrum J［ J］ ． Biol． Chem，2005，280（10）：9243-9250．
[8] WANG G， LI X， WANG Z. APD3： the antimicrobial peptide database as a tool for research and education[J]. Nucleic Acids Research， 2016， 44（D1）：D1087-D1093.
[9]MAHALKA A K， KINNUNEN P K J. Binding of amphipathic α-helical antimicrobial peptides to lipid membranes： Lessons from temporins B and L [J]。Biochimica et Biophysica Acta （BBA）-Biomembranes 2009， 1788（8）： 1600-1609.
[10] TSENG T S， TSAI K C， Chen C. Characterizing the structure -function relationship reveals the mode of action of a novel antimicrobial peptide， P1， from jumper ant Myrmecia pilosula [J]。 Molecular Biosys tems， 2017， 13（6）： 1193-1201.
[11] MASUDA R， DAZAI Y， MIMA T， et al. Structureactivity relationships and action mechanisms of collagen -like antimicrobial peptides [ J ] . Biopolymers，2017， 108（1）: 453-459.
[12] SU Y， MANI R， DOHERTY T， et al. Reversible sheet-turn conformational change of a cell-penetrating peptide in lipid bilayers studied by solid -state NMR [J]。 Journal of Molecular Biology， 2008， 381（5）： 1133-1144.
[13] SMITH V J， DESBOIS A P， DYRYNDA E A.Conventional and unconventional antimicrobials from fish， marine invertebrates and micro-algae[J]。 Marine Drugs， 2010， 8（4）： 1213-1262.
[14]HANEY E F， HUNTER H N， MATSUZAKI K， etal. Solution NMR studies of amphibian antimicrobial peptides： Linking structure to function?[J]。 Biochimica et Biophysica Acta （BBA）-Biomembranes， 2009，1788（8）： 1639-1655.
[15]SU Y， MANI R， DOHERTY T， et al. Reversible sheet-turn conformational change of a cell-penetrating peptide in lipid bilayers studied by solid -state NMR [J]。 Journal of Molecular Biology， 2008， 381（5）： 1133-1144.
[16] CHEN Y， GUARNIERI M T， VASIL A I， et al.Role of peptide hydrophobicity in the mechanism of action of α-helical antimicrobial peptides [J]。 Antimicrobial Agents and Chemotherapy ， 2007， 51 （4） ：1398-1406.
[17] IMURA Y， NISHIDA M， MATSUZAKI K. Actionmechanism of PEGylated magainin 2 analogue peptide[J]。 Biochimica et Biophysica Acta （BBA） -Biomembranes， 2007， 1768（10）： 2578-2585.
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