CN108018236A - 一种降低α-葡萄糖苷酶活性的空间植物乳杆菌SS18-37及其应用 - Google Patents
一种降低α-葡萄糖苷酶活性的空间植物乳杆菌SS18-37及其应用 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种降低α‑葡萄糖苷酶活性的空间植物乳杆菌SS18‑37及其应用。本发明提供了一种植物乳杆菌(Lactobacillus plantarum)Fullarton‑SS18‑37,其保藏编号为CGMCC NO.14918。本发明以地面原始的植物乳杆菌(Lactobacillus plantarum)GS18作对照,筛选出对α‑葡萄糖苷酶活性抑制率较高(即α‑葡萄糖苷酶抑制剂产量高)的空间植物乳杆菌(Lactobacillus plantarum)Fullarton‑SS18‑37,其耐受胃肠道逆环境能力较强,能够顺利通过胃肠道而发挥保健功效,可以成为防治糖尿病的最有潜力菌株。
Description
技术领域
本发明涉及一种降低α-葡萄糖苷酶活性的空间植物乳杆菌SS18-37及其应用。
背景技术
糖尿病(Diabetes Mellitus,DM)是机体胰岛素分泌不足或分泌胰岛素功能受损,而引起的持续高血糖的代谢紊乱疾病,已成为公认危害人体健康的疾病。目前,预防和治疗糖尿病的化学药物,因其副作用大,使得对安全、天然糖尿病药物的研究成为热点。微生物来源的酶抑制剂筛选研究成为糖尿病防治领域新的研究热点,其中α-葡萄糖苷酶抑制剂已被第三次亚太地区糖尿病治疗药物指南推荐为降低餐后血糖的一线药物。α-葡萄糖苷酶抑制剂的筛选方法具有特异性强、筛选样品量大、简便、灵敏等优点,适用于各种益生乳酸菌发酵液的大量筛选与研究,可为糖尿病的防治提供有效途径。目前有关空间植物乳杆菌来源的α-葡萄糖苷酶抑制剂的测定方法,尤其对α-葡萄糖苷酶活性抑制试验反应体系的优化,尚未见国内外发明专利和文献报道。
发明内容
本发明的目的是提供一种降低α-葡萄糖苷酶活性的空间植物乳杆菌SS18-37及其应用。
本发明提供的植物乳杆菌(Lactobacillus plantarum)Fullarton-SS18-37,已于2017年11月16日保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心(简称CGMCC;地址:北京市朝阳区北辰西路1号院3号,中国科学院微生物研究所;邮编:100101),保藏编号为CGMCC NO.14918。
本发明还保护一种菌剂,包括植物乳杆菌(Lactobacillus plantarum)Fullarton-SS18-37。
所述菌剂中,所述植物乳杆菌(Lactobacillus plantarum)Fullarton-SS18-37作为活性成分。
所述菌剂中,除了含有作为活性成分的植物乳杆菌(Lactobacillus plantarum)Fullarton-SS18-37外,还含有辅料。所述辅料的作用可为赋形、充当载体、提高稳定性、增溶、助溶、缓释等。
本发明还保护一种菌剂,包括植物乳杆菌(Lactobacillus plantarum)Fullarton-SS18-37的发酵物。
所述发酵物包括植物乳杆菌(Lactobacillus plantarum)Fullarton-SS18-37菌体和/或植物乳杆菌(Lactobacillus plantarum)Fullarton-SS18-37发酵上清液。
所述菌剂中,所述发酵物作为活性成分。
所述菌剂中,除了含有作为活性成分的发酵物外,还含有辅料。所述辅料的作用可为赋形、充当载体、提高稳定性、增溶、助溶、缓释等。
本发明还保护一种发酵上清液,其制备方法包括如下步骤:培养植物乳杆菌(Lactobacillus plantarum)Fullarton-SS18-37,然后收集上清液。
所述制备方法具体可包括如下步骤:将所述培养植物乳杆菌(Lactobacillusplantarum)Fullarton-SS18-37接种于MRS液体培养基中发酵,收集发酵体系,离心得到所述发酵上清液。
所述培发酵条件具体可为37℃、120-150r/min搅拌或振荡发酵18h。
所述发酵体系中,植物乳杆菌(Lactobacillus plantarum)Fullarton-SS18-37的活菌数为(1.0-5.0)×109CFU/mL。
所述离心条件为4℃、6000r/min离心10min。
本发明还保护植物乳杆菌(Lactobacillus plantarum)Fullarton-SS18-37,或,以上任一所述的菌剂,或,所述发酵上清液在制备产品中的应用;所述产品的用途为如下(a1)和/或(a2):
(a1)作为α-葡萄糖苷酶抑制剂;
(a2)预防和/或治疗糖尿病。
本发明还保护一种产品,其活性成分为植物乳杆菌(Lactobacillus plantarum)Fullarton-SS18-37,或,以上任一所述的菌剂,或,所述发酵上清液;所述产品的用途为如下(a1)和/或(a2):
(a1)作为α-葡萄糖苷酶抑制剂;
(a2)预防和/或治疗糖尿病。
本发明还保护一种用于制备产品的制剂,其活性成分为植物乳杆菌(Lactobacillus plantarum)Fullarton-SS18-37,或,以上任一所述的菌剂,或,所述发酵上清液;所述产品的用途为如下(a1)和/或(a2):
(a1)作为α-葡萄糖苷酶抑制剂;
(a2)预防和/或治疗糖尿病。
本发明还保护一种制备产品的方法,包括如下步骤:培养植物乳杆菌(Lactobacillus plantarum)Fullarton-SS18-37,得到所述产品;所述产品的用途为如下(a1)和/或(a2):
(a1)作为α-葡萄糖苷酶抑制剂;
(a2)预防和/或治疗糖尿病。
以上任一所述产品可为食品、药品或保健品。
本发明采用α-葡萄糖苷酶抑制剂高通量筛选模型对纯化的空间植物乳杆菌菌株进行体外降低α-葡萄糖苷酶活性检测试验;以地面原始的植物乳杆菌(Lactobacillusplantarum)GS18作对照,从中筛选出对α-葡萄糖苷酶活性抑制率较高(即α-葡萄糖苷酶抑制剂产量高)的空间植物乳杆菌(Lactobacillus plantarum)Fullarton-SS18-37,通过植物乳杆菌(Lactobacillus plantarum)Fullarton-SS18-37耐胃肠道逆环境试验,显示空间植物乳杆菌(Lactobacillus plantarum)Fullarton-SS18-37耐受胃肠道逆环境能力较强,能够顺利通过胃肠道而发挥保健功效,可以成为防治糖尿病的最有潜力菌株。
附图说明
图1为实施例1中底物浓度比较结果。
图2为实施例1中酶液用量比较结果。
图3为实施例1中反应时间比较结果。
图4为实施例1中Na2CO3用量比较结果。
具体实施方式
以下的实施例便于更好地理解本发明,但并不限定本发明。下述实施例中的实验方法,如无特殊说明,均为常规方法。下述实施例中所用的试验材料,如无特殊说明,均为自常规生化试剂商店购买得到的。以下实施例中的定量试验,均设置三次重复实验,结果取平均值。
地面植物乳杆菌(Lactobacillus plantarum)GS18:中国普通微生物菌种保藏管理中心,编号:1.485。
鼠李糖乳杆菌(Lactobacillusrhamnosus)GG:美国模式菌种收集中心(Americantype culture collection),编号:ATCC53103;简称为LGG菌株,生长代谢过程中能发酵产生α-葡萄糖苷酶抑制剂。
α-葡萄糖苷酶(来自酿酒酵母):美国sigma公司,货号:G5003-1KU;α-葡萄糖苷酶采用0.1mol/L的磷酸盐缓冲液(pH 6.8)溶解得到α-葡萄糖苷酶溶液。
PNPG(4-硝基苯-α-D-吡喃葡萄糖苷):美国sigma公司,货号:N1377-1G;PNPG采用0.1mol/L的磷酸盐缓冲液(pH 6.8)溶解得到PNPG溶液。
胃蛋白酶:美国sigma公司,货号:P7000-25G。
胰蛋白酶:美国sigma公司,货号:93615-5G。
以下实施例中的菌株发酵上清液的制备方法:将菌株接种于MRS液体培养基,37℃、120-150r/min搅拌或振荡发酵18h,此时体系中的菌体浓度为(1.0-5.0)×109CFU/mL,然后4℃、6000r/min离心10min,收集上清液,0.22μm滤膜过滤,收集滤液,即为菌株发酵上清液。
实施例1、α-葡萄糖苷酶抑制剂筛选方法的优化
本实施例中采用单因素多水平试验确定较优的α-葡萄糖苷酶活性抑制试验反应体系,所有试验反应均在CS016-0096型96孔细胞培养微孔板(每孔350μL)中进行,使用BioTek酶标仪测定OD405nm值。
以下步骤一至步骤五中,底物溶液、0.1mol/L磷酸盐缓冲液、α-葡萄糖苷酶溶液和0.1mol/L Na2CO3水溶液的总体积为210μL。
一、底物浓度的优化
依次按照如下步骤进行α-葡萄糖苷酶活性抑制实验:
(1)将50μL底物溶液和10μL 0.1mol/L磷酸盐缓冲液(pH 6.8)混合均匀,然后37℃静置预热10min;
(2)加入50μLα-葡萄糖苷酶溶液(酶活力20U/mL),混合均匀,然后37℃静置反应30min;
(3)加入100μL 0.1mol/L Na2CO3水溶液终止反应,采用BioTek酶标仪(型号ELx808,美国基因有限公司)在波长405nm处测其吸光值(OD值)。
设置不同底物浓度的各个底物溶液,具体操作为:用0.1mol/L的磷酸盐缓冲液(pH6.8)将1mL的20mmol/L PNPG溶液进行稀释,分别得到PNPG浓度为20、15、10、5、2.5、2、1.5、1、0.5、0.25、0.2、0.15、0.1、0.05和0.025mmol/L的底物溶液。
结果如图1所示。结果表明,底物浓度出现两个平台期,即浓度为0.2~0.25mmol/L和2~20mmol/L,由于后者OD值过大,影响试验判断的准确性,综合OD值和底物的用量,故选择0.2mmol/L为PNPG底物的较适浓度。
二、酶液用量的优化
依次按照如下步骤进行α-葡萄糖苷酶活性抑制实验:
(1)将50μL底物溶液(PNPG浓度为0.2mmol/L)和0.1mol/L磷酸盐缓冲液(pH 6.8)混合均匀,然后37℃静置预热10min;
(2)加入α-葡萄糖苷酶溶液(酶活力20U/mL),混合均匀,然后37℃静置反应30min;
(3)加入100μL 0.1mol/L Na2CO3水溶液终止反应,采用BioTek酶标仪(型号ELx808,美国基因有限公司)在波长405nm处测其吸光值(OD值)。
α-葡萄糖苷酶溶液设置不同加入量:10μL、20μL、30μL、40μL、50μL。
结果如图2所示。结果表明,当酶液用量达到40μL时,反应完全,故选择40μL为α-葡萄糖苷酶酶的较适用量。
三、酶与底物反应时间的优化
依次按照如下步骤进行α-葡萄糖苷酶活性抑制实验:
(1)将50μL底物溶液(PNPG浓度为0.2mmol/L)和20μL 0.1mol/L磷酸盐缓冲液(pH6.8)混合均匀,然后37℃静置预热10min;
(2)加入40μLα-葡萄糖苷酶溶液(酶活力20U/mL),混合均匀,然后37℃静置反应不同时间(5、10、20、30、40、50、60min);
(3)加入100μL 0.1mol/L Na2CO3水溶液终止反应,采用BioTek酶标仪(型号ELx808,美国基因有限公司)在波长405nm处测其吸光值(OD值)。
结果如图3所示。结果表明,当反应时间为40min时,反应完全,故选择40min为酶与底物反应的较适时间。
四、终止反应Na2CO3用量的优化
依次按照如下步骤进行α-葡萄糖苷酶活性抑制实验:
(1)将50μL底物溶液(PNPG浓度为0.2mmol/L)和0.1mol/L磷酸盐缓冲液(pH 6.8)混合均匀,然后37℃静置预热10min;
(2)加入40μLα-葡萄糖苷酶溶液(酶活力20U/mL),混合均匀,然后37℃静置反应40min;
(3)加入0.1mol/L Na2CO3水溶液终止反应,采用BioTek酶标仪(型号ELx808,美国基因有限公司)在波长405nm处测其吸光值(OD值)。
0.1mol/L Na2CO3水溶液设置不同加入量:30μL、40μL、50μL、60μL、70μL、80μL、90μL、100μL。
结果如图4所示。结果表明,当终止反应Na2CO3的用量为60μL时,OD值不再增加,停止反应,故选择60μL为终止反应Na2CO3的较适用量。
五、样品(菌株发酵上清液)用量的优化
依次按照如下步骤进行α-葡萄糖苷酶活性抑制实验:
(1)将50μL底物溶液(PNPG浓度为0.2mmol/L)、0.1mol/L磷酸盐缓冲液(pH 6.8)和LGG菌株的发酵上清液混合均匀,然后37℃静置预热10min;
(2)加入40μLα-葡萄糖苷酶溶液(酶活力20U/mL),混合均匀,然后37℃静置反应40min;
(3)加入60μL 0.1mol/L Na2CO3水溶液终止反应,采用BioTek酶标仪(型号ELx808,美国基因有限公司)在波长405nm处测其吸光值(OD值)。
LGG菌株的发酵上清液设置不同加入量:5μL、10μL、15μL、20μL。
同时设置不添加α-葡萄糖苷酶溶液、不添加LGG菌株发酵上清液、既不添加LGG菌株发酵上清液也不添加α-葡萄糖苷酶溶液的三个对照组。
计算上述各组的α-葡萄糖苷酶活性抑制率。结果如表1所示。
表1样品(LGG阳性对照菌株的发酵上清液)用量的确定
表1的结果表明,在确定较优的反应体系条件下,当调整LGG阳性对照菌株发酵上清液的用量为20μL时,得到α-葡萄糖苷酶活性抑制率为85.72%,即达到了可置信区间,故选择20μL为反应体系样品较适用量。
实施例2、α-葡萄糖苷酶抑制剂筛选方法的建立
综合实施例1的优化结果,建立α-葡萄糖苷酶抑制剂筛选方法,具体方法如下:
1、依次按照如下步骤进行α-葡萄糖苷酶活性抑制实验:
(1)将50μL底物溶液(PNPG浓度为0.2mmol/L)、40μL 0.1mol/L磷酸盐缓冲液(pH6.8)和20μL待测菌株的发酵上清液混合均匀,然后37℃静置预热10min;
(2)加入40μLα-葡萄糖苷酶溶液(酶活力20U/mL),混合均匀,然后37℃静置反应40min;
(3)加入60μL 0.1mol/L Na2CO3水溶液终止反应,采用BioTek酶标仪(型号
ELx808,美国基因有限公司)在波长405nm处测其吸光值(OD值)。
同时设置不添加α-葡萄糖苷酶溶液(用40μL pH 6.8、0.1mol/L的磷酸盐缓冲液替代)、不添加待测菌株的发酵上清液(用20μL pH 6.8、0.1mol/L的磷酸盐缓冲液替代)、既不添加待测菌株的发酵上清液也不添加α-葡萄糖苷酶溶液(用60μL pH 6.8、0.1
mol/L的磷酸盐缓冲液替代)的三个空白对照组。
2、计算各待测菌株发酵上清液(样品)对α-葡萄糖苷酶活性的抑制率。
α-葡萄糖苷酶活性抑制率(%)=[1-(A-B)/(C-D)]×100%;
式中:A—含有α-葡萄糖苷酶溶液和待测菌株样品的测定OD405nm值;
B—不含α-葡萄糖苷酶溶液,但含有待测菌株样品的测定OD405nm值;
C—含有α-葡萄糖苷酶溶液,但不含待测菌株样品的测定OD405nm值;
D—不含α-葡萄糖苷酶溶液和待测菌株样品的测定OD405nm值。
3、根据α-葡萄糖苷酶活性抑制率选择最佳的α-葡萄糖苷酶抑制剂。
实施例3、对α-葡萄糖苷酶活性抑制率较高的空间植物乳杆菌菌株筛选
一、菌株的分离纯化
将地面植物乳杆菌GS18经天宫二号和神州十一号飞船搭载返回,得到太空诱变菌种,从中分离纯化得到120株菌株,分别标记菌株代号为SS18-1至SS18-120。
二、菌株对α-葡萄糖苷酶活性抑制率测定
将步骤一得到的120株菌株按照实施例2中的方法进行α-葡萄糖苷酶活性抑制率测定,采用地面植物乳杆菌(Lactobacillus plantarum)GS18作为对照,结果如表2所示。
表2空间植物乳杆菌对α-葡萄糖苷酶活性抑制率结果
表2的结果表明,与地面原始的植物乳杆菌GS18对α-葡萄糖苷酶活性抑制率相比较,经过两次检测α-葡萄糖苷酶活性抑制试验,筛选出SS18-1、SS18-2、SS18-3、SS18-4、SS18-5、SS18-33、SS18-37、SS18-40、SS18-44、SS18-79、SS18-84、SS18-85菌株对α-葡萄糖苷酶活性抑制率较高。
三、菌株遗传稳定性检测
将SS18-1、SS18-2、SS18-3、SS18-4、SS18-5、SS18-33、SS18-37、SS18-40、SS18-44、SS18-79、SS18-84、SS18-85菌株传代50代后,按照实施例2中的方法进行α-葡萄糖苷酶活性抑制率测定,采用地面植物乳杆菌(Lactobacillus plantarum)GS18作为对照,结果如表3所示。
表3 50代传代的空间植物乳杆菌对α-葡萄糖苷酶活性抑制率结果
由表3可见,经50代传代后,12株菌株对α-葡萄糖苷酶活性抑制率基本比较稳定,其中SS18-37菌株α-葡萄糖苷酶活性抑制率为80.48%,比地面原始菌株GS18提高了51.12%。显示SS18-37菌株可成为对α-葡萄糖苷酶活性抑制率较高且遗传稳定性较好的突变菌株。
四、菌株的形态学鉴定和分子学检测
将SS18-37菌株进行革兰氏染色,结果显示SS18-37菌株为革兰氏阳性菌。形态学观察,SS18-37菌株的菌体呈短杆状或球杆状,单个或短链状排列;在MRS琼脂平板上的菌落大小为1-2mm,灰白色、半透明、扁平、表面光滑湿润、边缘不整齐。
检测SS18-37菌株的16S rDNA,测序结果如序列表的序列1所示。16s rDNA鉴定结果显示SS18-37菌株与植物乳杆菌Lactobacillus plantarum的相似性达到100%。
经过形态学及16S rDNA鉴定,可以确定SS18-37菌株属于植物乳杆菌。
五、空间植物乳杆菌SS18-37的保藏
将SS18-37菌株命名为植物乳杆菌(Lactobacillus plantarum)Fullarton-SS18-37,于2017年11月16日保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心(简称CGMCC;地址:北京市朝阳区北辰西路1号院3号,中国科学院微生物研究所;邮编:100101),保藏编号为CGMCC NO.14918。植物乳杆菌(Lactobacillus plantarum)SS18-37简称为空间植物乳杆菌SS18-37。
实施例3、空间植物乳杆菌SS18-37菌株耐胃肠道逆环境实验
人工模拟胃液:含NaCl 0.2g/100mL、胃蛋白酶(酶活力为250U/mg)0.3g/100mL,用1mol/L HCl调pH至3.0,经0.22μm滤膜过滤除菌后备用。
人工模拟肠液:将胰蛋白酶(酶活力为1655U/mg)溶于0.1mol/L磷酸盐缓冲液(pH8.0)中,使其终浓度为1g/L,加入牛胆盐并使其浓度为0.3g/100mL,经0.22μm滤膜过滤除菌后备用。
待测菌株:地面植物乳杆菌(Lactobacillus plantarum)GS18和空间植物乳杆菌SS18-37。
1、将待测菌株接种于10mL MRS液体培养基中,37℃、静置培养18h(菌体浓度为2.0×109CFU/mL-8.0×109CFU/mL)),6000r/min离心10min收集沉淀。
2、采用10mL0.85%生理盐水洗涤步骤1得到的沉淀,6000r/min离心10min收集沉淀。
3、采用1mL人工模拟胃液重悬步骤2得到的沉淀,37℃、静置培养,分别于0h和3h进行活菌数计数并统计存活率,结果如表4和表5所示。
4、完成步骤3后,取整个体系,6000r/min离心10min收集沉淀,采用9mL人工模拟肠液重悬沉淀,37℃、静置培养,分别于0h和8h进行活菌数计数并统计存活率,结果如表4和表5所示。
活菌数计数和存活率计算方法为:取1mL菌液用9mL无菌生理盐水10倍递增稀释后,取其中2~3个适宜的稀释菌液,以倾注法接种于MRS固体培养基上,37℃培养48h后对生长的菌落进行计数,并按以下公式计算存活率。
菌株存活率(%)=[log N1/log N0]×100%
式中:N1=经过模拟胃液或肠液处理后的活菌数(CFU/mL)
N0=未处理前活菌数(CFU/mL)
表4空间植物乳杆菌SS18-37菌株耐胃肠道逆环境试验活菌数结果
表4结果表明,空间植物乳杆菌SS18-37菌株通过人工模拟胃液后的活菌数为(3.73±1.23)×107CFU/mL,通过人工模拟肠液后的活菌数为(6.23±1.46)×105CFU/mL,表明空间植物乳杆菌SS18-37菌株能够顺利通过胃肠道而发挥保健功效。
表5空间植物乳杆菌SS18-37菌株耐胃肠道逆环境试验存活率结果
表5结果表明,与地面原始空间植物乳杆菌GS18菌株相比,空间植物乳杆菌SS18-37通过胃肠道的存活率均为75%以上,显示空间植物乳杆菌SS18-37菌株耐受胃肠道逆环境能力较强。
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<212> DNA
<213> 植物乳杆菌(Lactobacillus plantarum)
<400> 1
accccaccga ctttgggtgt tacaaactct catggtgtga cgggcggtgt gtacaaggcc 60
cgggaacgta ttcaccgcgg catgctgatc cgcgattact agcgattccg acttcatgta 120
ggcgagttgc agcctacaat ccgaactgag aatggcttta agagattagc ttactctcgc 180
gagttcgcaa ctcgttgtac catccattgt agcacgtgtg tagcccaggt cataaggggc 240
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caggtttccc acgtgttact caccagttcg ccactcagtc aaatgtaaat catgatgcaa 1380
gcaccaatca ataccagagt t 1401
Claims (8)
1.植物乳杆菌(Lactobacillus plantarum)Fullarton-SS18-37,其保藏编号为CGMCCNO.14918。
2.一种菌剂,包括权利要求1所述的植物乳杆菌(Lactobacillus plantarum)Fullarton-SS18-37。
3.一种菌剂,包括权利要求1所述的植物乳杆菌(Lactobacillus plantarum)Fullarton-SS18-37的发酵物。
4.一种发酵上清液,其制备方法包括如下步骤:培养权利要求1所述的植物乳杆菌(Lactobacillus plantarum)Fullarton-SS18-37,然后收集上清液。
5.权利要求1所述的植物乳杆菌(Lactobacillus plantarum)Fullarton-SS18-37,或,权利要求2或3所述的菌剂,或,权利要求4所述的发酵上清液在制备产品中的应用;所述产品的用途为如下(a1)和/或(a2):
(a1)作为α-葡萄糖苷酶抑制剂;
(a2)预防和/或治疗糖尿病。
6.一种产品,其活性成分为权利要求1所述的植物乳杆菌(Lactobacillus plantarum)Fullarton-SS18-37,或,权利要求2或3所述的菌剂,或,权利要求4所述发酵上清液;所述产品的用途为如下(a1)和/或(a2):
(a1)作为α-葡萄糖苷酶抑制剂;
(a2)预防和/或治疗糖尿病。
7.一种用于制备产品的制剂,其活性成分为权利要求1所述的植物乳杆菌(Lactobacillus plantarum)Fullarton-SS18-37,或,权利要求2或3所述的菌剂,或,权利要求4所述发酵上清液;所述产品的用途为如下(a1)和/或(a2):
(a1)作为α-葡萄糖苷酶抑制剂;
(a2)预防和/或治疗糖尿病。
8.一种制备产品的方法,包括如下步骤:培养权利要求1所述的植物乳杆菌(Lactobacillus plantarum)Fullarton-SS18-37,得到所述产品;所述产品的用途为如下(a1)和/或(a2):
(a1)作为α-葡萄糖苷酶抑制剂;
(a2)预防和/或治疗糖尿病。
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