生化学と分析生化学

概要

バイオテクノロジー会議 2015 : 生育条件 (温度と酸素供給) が Lactococcus lactisvar.lactis の生菌およびオートクレーブ処理によるマンガン (II) 吸着に与える影響 NCIMB 6681 - Sandra BorkowskaHeurtaux - グラスゴー カレドニアン大学

サンドラ・ボルコウスカ＝ウルトー、コリン・ハンター、アリスター・サザーランド

マンガン (II) は、人間、動物、植物の正常な成長と発達に必要な必須元素ですが、一部の生物に蓄積する傾向があり、食物連鎖の中で潜在的に有毒なレベルにまで達します。乳製品業界で広く使用されている非病原性細菌である Lactococcus lactisvar. lactis の Mn2+ 吸着特性を、4 つの成長条件の関数として研究しました。細胞は、30°C と 37°C で好気的および低酸素状態で培養されました。さらに、生細胞とオートクレーブ処理した細胞の生物吸着特性を比較しました。L. lactis は、5 日間にわたって Mn2+ を吸着する非常に競争力のある能力を示し、実験懸濁液の pH ドリフトは、Mn2+ 吸着におけるイオン交換メカニズムの関与を実証しました。吸着実験中の L. lactis の生存率は、連続希釈法と平板計数法によって研究され、24 時間および 72 時間の接触時間で細胞数の最大の減少が観察されました。 4つの異なる条件下で培養された生きたL. lactisのMn(II)に対する吸着能力は、34〜50 mg/gdwでした。オートクレーブ処理したバイオマスははるかに低い吸着能力（20〜39 mg/gdw）を示しましたが、この範囲は、さまざまな（非生きた）バイオマスを使用した以前の研究で見られたMn2+に対する最高の除去能力の範囲内です。得られた結果は、L. lactisの生細胞とオートクレーブ処理した細胞によるMn2+吸着を、さまざまな成長条件と金属負荷の関数として示す最初の報告です。また、生微生物細胞と死んでいる微生物細胞の違いを調査した最初の研究の1つでもあります。 バクテリオシンST34BRは、Lactococcus lactis subsp.によって生成される2.9 kDaの小さなポリペプチドです。 lactis ST34BRは、Enterococcus faecalis、Escherichia coli、Lactobacillus plantarum、Lactobacillus casei、Pseudomonas aeruginosa、およびStaphylococcus aureusの発育を阻害します。 pH 6.0に馴染ませたMRSストックは6,400 AU/mlの収量を示し、BHIストック、M17ストック、10% (w/v)豆乳、8%および10% (w/v)糖蜜では400 AU/mlが記録されました。 pH 4.5では、わずか800 AU/mlしか得られませんでした。 天然窒素を含まず、トリプトン、肉濃縮物、酵母エキスのさまざまな混合物で強化したMRSストックでの同様の調査では、トリプトンが活性化窒素化合物として特定されました。 20 g/l のグルコース、マルトース、マンノース、またはスクロースを基準として生成すると、バクテリオシン濃度は 6,400 AU/ml になりましたが、ラクトースとフルクトースの同様の濃度では、それぞれ 3,200 AU/ml と 1,600 AU/ml になりました。2 g/l K2HPO4 と 2 g/l、5 g/l、10 g/l、または 50 g/l KH2PO4 を添加した MRS ストックでは、バクテリオシン ST34BR の活性に違いは見られませんでした。ただし、20 g/l KH2PO4 では、バクテリオシン ST34BR の生成が 12,800 AU/ml に増加しました。 MRS ストック中のグリセロール 1 g/l ～ 10 g/l ではバクテリオシンの移動が 3,200 AU/ml に減少しましたが、20 g/l および 50 g/l ではわずか 1,600 AU/ml でした。シアノコバラミン、L -アスコルビン酸、チアミン、dl - 6,8 - 10の存在は、バクテリオシンの移動を減少させました。MRS ストック中のチオクト酸 1.0 ppm は、単独では、作用レベルの上昇をもたらさなかった。(© 2004 WILEY �? � VCH Verlag GmbH and Co. KGaA, Weinheim)酸素は、酸素消費生物の生存と死亡率の両方の重要な決定要因である。通性嫌気性菌 Lactococcus lactis の場合、酸素は成長と生存の両方に効果的に影響する。成長中の循環空気中にヘムが存在すれば、酸素は L. lactis に有益である可能性があると我々は考えている。成長期間は延長され、長期生存は標準的な熟成条件下で得られた結果と比較して特に改善されている。我々は、成長と生存の改善は L. lactis が呼吸を経験する限界によるものである可能性があると考えた。この考えを検証するために、酸素とヘミンに対する乳酸球菌の代謝行動は呼吸と関連しており、成長後期に最も顕著に表れることを確認しました。次に、遺伝的手法を用いて次のことを示しまし た。(I) シトクロム d オキシダーゼをコードする cydA 遺伝子は呼吸に必要であり、酸素利用において直接的な役割を果たします。呼吸条件下では、cydA の発現は成長後期に活性化されます。(ii) プロトポルフィリン IX をヘムに変換するフェロキラターゼをコードする hemZ 遺伝子は、培地中に最後のヘム物質ではなく前駆体が存在する場合に呼吸に必要です。驚くべきことに、呼吸によって促進される耐性はスーパーオキシドジスムターゼ欠損株で見られ、これは成熟乳酸球菌と呼吸乳酸球菌の生理学的相違を強調する結果です。これらの研究は、L. lactis の呼吸消化を裏付け、この生物は従来の発酵消化よりも呼吸に適応した方がよいことを示唆しています。酸素の細胞毒性効果は、老化と死亡の中心的な要因です。酸素毒性は、タンパク質、脂質、核酸を攻撃する感受性酸素種の作用に起因します。酸素の影響は、主に通性呼吸細菌である大腸菌を使用して、細菌モデルを使用して広く研究されてきました。

 

In this model, breath itself is embroiled as a wellspring of oxidative harm in E. coli. It has been proposed that the shutdown of breath in supplement constrained conditions may diminish responsive oxygen species levels and in this way improve E. coli endurance. Ongoing proof further recommends that endurance is supported by moving cells to anaerobic conditions during passage into fixed stage. Current data on the impacts of oxygen is predominantly founded on breathing living beings. In that capacity, the subject of what anaerobes do within the sight of oxidative pressure has been investigated close to nothing. It is assumed that these creatures adapt to worry similarly as aerobes, then again, actually their barrier frameworks, which may incorporate superoxide dismutases (SODs) and catalases, might be progressively restricted. Be that as it may, there has been no exhibition to date that reactions of anaerobes to an oxidative domain are unsurprising from the conduct of breathing microbes. The impacts of oxygen have been analyzed with Lactococcus lactis, a gram-positive facultative anaerobe with a fermentative digestion that can utilize various sugars to create essentially l-(+)- lactic corrosive. Oxygenation of societies brings about a changed redox state and more prominent NADH oxidase action; as a result, sugar aging is moved toward blended aging, and acidic corrosive, formic corrosive, CO2, ethanol, and acetoin, just as lactic corrosive, are created. Regardless of its grouping as an anaerobe and studies that have concentrated almost altogether on its fermentative digestion, results got around 30 years prior proposed that L. lactis can experience respiratory development, given that heme is added to circulated air through societies; this view was upheld by an exhibition of adjusted metabolic final results, cytochrome arrangement, and hemin-subordinate oxygen take-up. Nonetheless, later investigations of a L. lactis subsp. diacetylactis strain proposed that breath doesn't happen under these conditions, as cytochromes couldn't be recognized.

 

To date this inquiry has not been additionally investigated, and the results of respiratory development have not been examined. The harmful impacts of oxygen on L. lactis development and endurance have been uncovered by a few examinations under maturation conditions. Development is supposedly restrained by oxygen, and delayed air circulation of lactococcal societies can prompt cell passing and DNA corruption. Oxygen harmfulness might be because of development of hydrogen peroxide and hydroxyl radicals. In contrast to E. coli, L. lactis has a solitary SOD and no catalase. It was discovered that the expansion of exogenous catalase improved endurance of L. lactis cells presented to oxygen. These outcomes recommend that L. lactis may not be completely prepared to withstand the poisonous impacts of an oxidative domain.

 

酸素毒性に関する研究により、外因性カタラーゼの増殖がL. lactisの成長と生存に及ぼすプラスの影響を解明することができました。カタラーゼにはヘム核（鉄がポルフィリン原子と複合体を形成している）が含まれているため、私たちは最初にヘムに対する酸素の影響を分析しました。以前の研究と一致して、L. lactisは呼吸成長可能であることを確認しました。呼吸条件下では、通常の老化条件下での成長と比較して、成長が改善され、長期生存が大幅に向上します。観察された表現型には、シトクロムd酸化酵素をコードする完全なcydA遺伝子が必要です。呼吸条件下では、成熟は成長初期に起こり、呼吸は指数関数的成長後期に最も顕著になります。（呼吸と乳酸球菌への影響に関する基本的な経口反応は、1999年9月にオランダのフェルトホーフェンで開催された乳酸会議で初めて発表されました。