CN110079475A - 利用多种抗生素抑制杂菌的微生物发酵降解琼脂的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种能够在多种抗生素抑制杂菌的条件下发酵降解琼脂的菌株,所述菌株经鉴定为寡养单胞菌Stenotrophomonas sp.N1,其氨基酸序列如SEQ ID N0.1所示。本发明要求保护该菌株在利用多种抗生素抑制杂菌的条件下发酵降解琼脂的应用;还要求保护该菌株在利用多种抗生素抑制杂菌的条件下发酵降解琼脂的方法,所述方法中的降解条件为:抗生素浓度≤1000mg/L;菌种取用生长期为6‑12h的菌株,菌种接种量为6%‑12%,降解温度为25‑40℃,降解pH为6.5‑8,降解时间为24‑60h。本发明所述菌株对多种抗生素具有耐受能力,同时能够降解琼胶,拓宽了琼胶酶生产菌株的选择范围。

Description

利用多种抗生素抑制杂菌的微生物发酵降解琼脂的方法
技术领域
本发明属于微生物技术领域,特别涉及从红树林沉积物样品中筛选、分离纯化得到的一株菌Stenotrophomonas sp.N1,它能利用多种抗生素抑制杂菌并降解琼脂。
背景技术
目前抗生素污染已经成为全球关注的热点,有研究表明,抗生素污染已经遍布土壤、水体、动植物组织等介质中,且国内抗生素污染水平较国外偏高。其中喹诺酮类是被应用最为广泛的抗生素种类之一,这类药物抗菌谱广、抗菌能力强并且结构简单,因其组织穿透力强、低毒、药物耐受性高和半衰期长,目前在临床上的应用范围不断扩大。这种抗生素是天然存在或是经人工半合成的,能够抗微生物活性,进入机体后会阻碍消化道内致病细菌DNA螺旋酶的作用,阻止细菌DNA复制,使其不能繁殖。大多数抗生素在人和动物体内的代谢和吸收率低,大约75%的抗生素使用后被直接排放到环境中,对人类健康和整个生态系统构成潜在的危害。
琼脂是自然界中存在的重要碳源之一,是广泛存在于琼胶型红藻细胞壁中的一类多糖,降解后产生一定分子量和聚合度的琼胶寡糖,具有良好的抗肿瘤、抗病毒、增强免疫等药理作用和生物活性,还具有减缓淀粉水解、抗氧化、抑制脂质过氧化及保湿等化学特性和生物学功能,广泛用于食品、化妆品及制药工业等领域。琼脂的降解目前分为化学降解法和微生物降解法,其中微生物降解具有反应条件温和、能耗低、专一性高等优点,成为目前备受关注的热点。
综上,我们进行了一系列天然菌株的筛选工作,意在筛选出一株对抗生素具有一定耐性范围,同时能够降解琼胶的菌株,发现一种利用多种抗生素抑制杂菌的微生物发酵降解琼脂的方法。
发明内容
本发明的目的是探究一种利用多种抗生素抑制杂菌的微生物发酵降解琼脂的方法。
本发明提供的菌株是从红树林沉积物样品中分离得到一株对抗生素具有一定耐受能力并且能够降解琼脂的细菌N1。经鉴定,该菌株属于寡养单胞菌(Stenotrophomonas)。申请人于2019年1月23日将其保藏于湖北省武汉市武汉大学内的中国典培养物保藏中心〔CCTCC〕,编号为:CCTCC NO:M 2019073。
经鉴定,该寡养单胞菌Stenotrophomonas sp.N1的氨基酸序列如SEQ ID N0.1所示。
本发明要求保护该寡养单胞菌Stenotrophomonas sp.N1在利用多种抗生素抑制杂菌的条件下发酵降解琼脂的应用。
本发明还要求保护该寡养单胞菌Stenotrophomonas sp.N1在利用多种抗生素抑制杂菌的条件下发酵降解琼脂的方法,所述发酵降解琼脂的条件控制为:抗生素的浓度小于等于1000mg/L;用于降解琼脂的菌种取用生长期为6-12h的菌株,菌种接种量为按照种子液6%-12%的百分比例接种到发酵培养基中,降解温度为25-40℃,降解pH为6.5-8,降解时间为24-60h;
所述种子液的制备方法为:取一环单菌落于LB培养基中,30℃恒温下200r/min摇12h后获得。
所述降解的最佳条件为:取用生长期为10h的菌株,接种量为10%,降解温度为30℃,降解pH为7.5,降解时间为48h。
所述抗生素种类为在浓度1000mg/L以内能够抑制除寡养单胞菌Stenotrophomonas sp.N1以外的杂菌的抗生素。
所述抗生素为诺氟沙星、磺胺甲恶唑或四环素。
本发明具有的突出的实质性特点和显著的进步是:
本发明是建立在研究微生物对抗生素抑制能力的基础上筛选出来的,针对抗性菌株,进行琼脂降解试验,最后得出的具有抗生素耐受能力并且能降解琼脂的细菌N1,拓宽了琼胶酶生产菌株的选择范围。本发明所提供的菌株为革兰氏阴性菌,在LB培养基上形成直径为0.5~1mm,菌落呈淡黄色、圆形、半透明、边缘整齐、有粘性。
附图说明
图1为寡养单胞菌(Stenotrophomonas sp.)N1CCTCC NO:M 2019073在含有诺氟沙星培养基中的生长情况。其中,培养基采用LB培养基,培养条件:pH为7.0,温度为30℃。
图2为寡养单胞菌(Stenotrophomonas sp.)N1CCTCC NO:M 2019073在含有磺胺甲恶唑培养基中的生长情况。其中,培养基采用LB培养基,培养条件:pH为7.0,温度为30℃。
图3为寡养单胞菌(Stenotrophomonas sp.)N1CCTCC NO:M 2019073在含有四环素培养基中的生长情况。其中,培养基采用LB培养基,培养条件:pH为7.0,温度为30℃。
图4为寡养单胞菌(Stenotrophomonas sp.)N1CCTCC NO:M 2019073的卢戈氏碘液染色情况。
图5为寡养单胞菌(Stenotrophomonas sp.)N1CCTCC NO:M 2019073菌株生长曲线。注:培养基采用LB培养基;培养条件:pH 7.0,30℃,200rpm摇瓶培养。
图6为寡养单胞菌(Stenotrophomonas sp.)N1CCTCC NO:M 2019073产琼胶酶的时间曲线。方法为:取1mL粗酶液于试验管中,再分别取1mL琼脂溶液(p H7.4、含0.2%琼脂粉的磷酸盐缓冲液)于试验管和对照管中。将两组管置于35℃恒温水浴中反应30min,分别加入事先配制好的DNS试剂1.5mL以立刻终止酶促反应,煮沸5min显色后,立刻用流动的冷却水冲洗,待冷却到室温后定容至刻度线,静置一定时间,于520nm下测定OD值;
图7为寡养单胞菌(Stenotrophomonas sp.)N1CCTCC NO:M 2019073菌株产酶最适培养温度的测定结果。其中,培养基采用LB培养基;培养条件:pH为7.0,200rpm摇瓶培养,培养时间48h。
图8为寡养单胞菌(Stenotrophomonas sp.)N1CCTCC NO:M 2019073菌株产酶最适pH的测定结果。其中,培养基采用LB培养基;培养条件:温度为30℃,200rpm摇瓶培养,培养时间48h。
图9为寡养单胞菌(Stenotrophomonas sp.)N1CCTCC NO:M 2019073菌株产酶最适培养时间的测定结果。其中,培养基采用LB培养基;培养条件:pH为7.0,培养温度30℃,200rpm摇瓶培养。
图10为寡养单胞菌(Stenotrophomonas sp.)N1CCTCC NO:M 2019073菌株产酶最适接种龄的测定结果。其中,培养基采用LB培养基;培养条件:pH为7.0,培养温度30℃,200rpm摇瓶培养,培养时间48h。
图11为寡养单胞菌(Stenotrophomonas sp.)N1CCTCC NO:M 2019073菌株产酶最适接种量的测定结果。其中,培养基采用LB培养基;培养条件:pH为7.0,培养温度30℃,200rpm摇瓶培养,培养时间48h。
具体实施方式
本发明所述的百分比指的是体积百分比。
实施例1菌株筛选、分离与鉴定
第一步:采样
本试验于2017年9月从广西防城港珍珠湾红树林采集沉积物样品,于广西大学资源环境与材料学院实验平台进行菌株筛选。
第二步:筛选及纯化
耐受菌的筛选、纯化:菌株的筛选采用药物富集培养法。药物以诺氟沙星为代表,培养基为液体无机盐培养基,配方为:NH4NO3 1.00g,K2HPO4 1.00g,KH2PO4 1.00g,MgSO4·7H2O0.20g,FeCl3 0.02g,蒸馏水1000mL,pH=7.0。培养基灭菌后,取该液体培养基100mL装至250mL的三角摇瓶中,加入抗生素药物使得浓度为50mg/L,加入5g新鲜土样,于30℃、150r/min条件下振荡培养48h;从第一代培养液中取5mL加入下一代液体培养基中,继续培养。重复5代,每代培养液中诺氟沙星浓度依次为50、100、150、200、250mg/L。从分离效果较好的平板中挑取形态不同的单菌落在LB平板上进行划线纯化。得到纯化的菌种后分别于含有不同浓度诺氟沙星、磺胺甲恶唑、四环素的LB培养基中培养,结果如图1~3所示,菌株在1000mg/L抗生素浓度的培养基中生长情况良好。
琼脂降解菌的筛选、纯化:降解菌的筛选采用卢戈氏碘液染色法。卢戈氏碘液配方为:I25g,KI 10g,蒸馏水100mL。将卢戈氏碘液均匀滴入筛选出的抗生素耐受菌的平板中,如图4所示,将周围有透明水解圈形成的菌株挑取出来,划线纯化,命名为N1。
第三步:菌种鉴定
形态观察。LB培养基培养的菌体用革兰氏染色法进行显微观察,可见菌株N1为革兰氏阴性菌。在LB培养基上形成直径为0.5~1mm的菌落,菌落呈淡黄色、圆形、表面光滑、较湿润,体积小,半透明、边缘整齐、有粘性。如图5所示,菌株在LB培养基中6h左右会进入生长对数期,35h结束对数期,对数期周期较长。
由广州美吉生物公司对菌株进行16s rDNA序列鉴定。活化菌株接种LB培养基,30℃,200rpm培养12h至对数期。以提取的菌株基因组DNA为模板,采用通用引物27F/1492R,PCR扩增菌株的16S rDNA序列。反应条件为:95℃变性5min;95℃变性30s;55℃退火30s;72℃延伸90s,35个循环,最后72℃延伸10min。PCR产物用琼脂糖凝胶电泳检测、分离,然后用Agarose Gel DNA Purification Kit试剂盒切胶回收,用T4ligase连接到pMD-18T载体上。将带有目的片段的载体通过转化E.coli DH5α菌株扩增培养后,选择阳性克隆提取质粒测序。将测序得到的16s rDNA序列用NCBI的BLAST2.0进行同源分析(Nucleotide-NucleotideBlast),搜索Genbank核酸数据库,根据比对结果对菌株进行分子鉴定。
最终将该菌株鉴定为寡养单胞菌Stenotrophomonas sp.。所得的16s rDNA序列如序列表1所示。
实施例2菌株酶活的测定
采用DNS-还原糖法来测定琼胶酶酶活力。
(1)DNS试剂的配制:称取6.3g 3,5-二硝基水杨酸和21.0g NaOH充分溶解于500mL蒸馏水中,再加入243.9g酒石酸钾钠、5g苯酚、5g无水亚硫酸钠,于45℃水浴中不停搅拌,直到加入的药品完全溶解,停止加热,冷却至室温,定容至1L;将配好的DNS试剂避光保存于棕色瓶中,室温下静置一周后便可使用。
(2)葡萄糖(G)标准曲线的测定:
配制葡萄糖(G)标准溶液:准确称取100mg预先在105℃干燥至恒重的葡萄糖,用少量蒸馏水溶解后转移至100mL容量瓶定容摇匀,终浓度为1mg/L。
取9支25mL容量瓶,按表中分别加入各溶液,混匀后于沸水浴中煮沸5min,立刻用流动的冷却水冲洗,冷却至室温后,分别定容至刻度线,摇匀后于520nm下测吸光值。
以葡萄糖的浓度为横坐标,吸光值为纵坐标绘制标准曲线。
取一环单菌落于LB培养基中,30℃恒温下200r/min摇12h后获得种子液;
取适量种子液接种于LB培养基中,30℃恒温下200r/min摇24h后即为发酵液;
取3mL发酵液于离心管中,在4℃、9000r/min下离心20min,上清液为实验所需粗酶液;
取1mL粗酶液于对照管(25mL刻度试管)中,沸水浴中煮沸10min将酶灭活;
取1mL粗酶液于试验管中,再分别取1mL琼脂溶液(pH7.4、含0.2%琼脂粉的磷酸盐缓冲液)于试验管和对照管中。将两组管置于35℃恒温水浴中反应30min后分别加入事先配制好的DNS试剂1.5mL以立刻终止酶促反应,煮沸5min显色后,立刻用流动的冷却水冲洗,待冷却到室温后定容至刻度线,静置一定时间,于520nm下测定OD值;
依据酶活力公式来计算琼胶酶酶活力:
酶活力(U/mL)=1000△An/kt
公式中:1000为将L转换为mL的系数
△A为520nm下的吸光值
n为酶液稀释倍数
k为标准曲线斜率
t为反应时间
酶活力定义为:按每毫升发酵液每分钟酶解产生1μg还原糖所需酶量定义为一个酶活力单位(U/mL)。
产酶曲线的测定结果如图6所示:以3%的接种量将种子液接种到LB培养基中,200r/min,30℃摇床发酵培养,每4h取适量培养液测酶活力,绘制曲线。结果显示培养48h时,菌株的产酶能力达到最大,此时酶活力为69.35U/mL,并在此后酶活力逐步降低。
实施例3菌株产酶条件的测定
(1)分别在25℃、30℃、35℃、40℃、45℃温度下培养该菌至48h,以还原糖含量反映酶活的高低,测定酶活力,以确定该菌株产酶的最适培养温度。结果如图7所示,该菌株在培养温度为40℃时,具有最高的产酶能力,此时酶活力达到69.825U/mL,在40℃以后产酶能力逐步降低。
(2)分别配制起始pH为6.0、6.5、7.0、7.5、8.0、8.5的培养基,培养该菌至48h,以还原糖含量来反映酶活的高低,测定酶活力,确定该菌株产酶的最适pH。结果如图8所示,该菌株在pH为7.5的培养基中培养时,具有最高的产酶能力。
(3)发酵液培养至24h、36h、42h、48h、60h,分别取样酶解琼胶,测酶解液中还原糖含量,以还原糖含量来反映酶活的高低,确定何时停止培养所获得的酶活最高。结果如图9所示,在培养至48h时,菌株的产酶能力最强。
(4)菌群的生长曲线确定之后,就可以确定该菌的对数生长期,取菌种接种至50mL培养基中,选取对数生长期的4h、6h、8h、10h和12h,分别取等量的种子液接种到发酵培养基中培养相同时间,以还原糖含量来反映酶活的高低,确定何时接种可以获得较高的酶活。结果如图10所示,生长期为10h的菌株具有最高的产酶能力。
(5)分别以2%、6%、8%、10%、12%和15%的接种量将种子液接种至发酵培养基中,使培养基终体积为相等,30℃培养48h,以还原糖含量来反映酶活的高低,确定该菌株产酶的最适接种量。结果如图11所示,接种量为10%时,菌株的产酶能力最高,在接种量超过12%时,酶活力会有比较明显的下降趋势。
序列表
<110> 广西大学
<120> 利用多种抗生素抑制杂菌的微生物发酵降解琼脂的方法
<160> 1
<170> SIPOSequenceListing 1.0
<210> 1
<211> 1296
<212> DNA
<213> 寡养单胞菌N1(Stenotrophomonas sp. N1)
<400> 1
acgggcggtg tgtacaaggc ccgggaacgt attcaccgca gcaatgctga tctgcgatta 60
ctagcgattc cgacttcatg gagtcgagtt gcagactcca atccggactg agatagggtt 120
tctgggattg gctcaccgtc gccggcttgc agccctctgt ccctaccatt gtagtacgtg 180
tgtagccctg gccgtaaggg ccatgatgac ttgacgtcat ccccaccttc ctccggtttg 240
tcaccggcgg tctccttaga gttcccacca ttacgtgctg gcaactaagg acaagggttg 300
cgctcgttgc gggacttaac ccaacatctc acgacacgag ctgacgacag ccatgcagca 360
cctgtgtcac ggttcccgaa ggcaccaatc catctctgga aagttccgtg catgtcaagg 420
ccaggtaagg ttcttcgcgt tgcatcgaat taaaccacat actccaccgc ttgtgcgggc 480
ccccgtcaat tcctttgagt ttcagtcttg cgaccgtact ccccaggcgg cgaacttaac 540
gcgttagctt cgatactgcg tgccaaattg cacccaacat ccagttcgca tcgtttaggg 600
cgtggactac cagggtatct aatcctgttt gctccccacg ctttcgtgcc tcagtgtcag 660
tgttggccca ggcagtcgcc ttcgccacgg atgttcctcc tgatctctac gcatttcact 720
gctacaccag gaattccact accctctgcc acactctagt cgcccagttt ccatcgccat 780
tcccaggttg agcccagggc tttcacgaca gacttaaaca accacctacg cacgctttac 840
gcccagtaat tccgagtaac gcttgcaccc ttcgtattac cgcggctgct ggcacgaagt 900
tagccggtgc ttattctttg ggtaccgtca gaacaaccgg gtattaaccg gctgcttttc 960
tttcccaaca aaagggcttt acaacccgaa ggccttcttc acccacgcgg tatggctgga 1020
tcaggcttgc gcccattgtc caatattccc cactgctgcc tcccgtagga gtctggaccg 1080
tgtctcagtt ccagtgtggc tgatcatcct ctcagaccag ctaccgatcg tcgccttggt 1140
gggctcttac cccgccaact agctaatcgg gcatcggctc attcaatcgc gcaaggtccg 1200
aagatcccct gctttcaccc gtaggtcgta tgcggtatta gcgtaagttt ccctacgtta 1260
tcccccacga cagagtagat tccgatgcat tcctca 1296

Claims (6)

1.一株寡养单胞菌Stenotrophomonas sp.N1,其特征在于,所述菌株的氨基酸序列如SEQ ID N0.1所示。
2.权利要求1所述的寡养单胞菌Stenotrophomonas sp.N1在利用多种抗生素抑制杂菌的条件下发酵降解琼脂的应用。
3.权利要求1所述寡养单胞菌Stenotrophomonas sp.N1在利用多种抗生素抑制杂菌的条件下发酵降解琼脂的方法,其特征在于,发酵降解的条件为:抗生素的浓度小于等于1000mg/L;用于降解琼脂的菌种取用生长期为6-12h的菌株,菌种接种量为按照种子液6%-12%的百分比例接种到发酵培养基中,降解温度为25-40℃,降解pH为6.5-8,降解时间为24-60h;
所述种子液的制备方法为:取一环单菌落于LB培养基中,30℃恒温下200r/min摇12h后获得。
4.根据权利要求3所述的发酵降解琼脂的方法,其特征在于,所述发酵降解的条件为:取用生长期为10h的菌株,接种量为10%,降解温度为30℃,降解pH为7.5,降解时间为48h。
5.根据权利要求3所述的发酵降解琼脂的方法,其特征在于,所述抗生素种类为在浓度1000mg/L以内能够抑制除寡养单胞菌Stenotrophomonas sp.N1以外的杂菌的抗生素。
6.根据权利要求3所述的发酵降解琼脂的方法,其特征在于,所述抗生素为诺氟沙星、磺胺甲恶唑或四环素。
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