CN111423991B - 一种乳酸菌、筛选及应用 - Google Patents

一种乳酸菌、筛选及应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种乳酸菌及其筛选和应用,其应用涉及筛选出的乳酸菌对环丙沙星的降解能力测试方法,该方法便于对乳酸菌的降解能力进行判断。本发明利用乳酸菌的生物降解作用,筛选出能通过生理代谢使环丙沙星的结构发生改变、进而实现环丙沙星对环境污染无害化处理的罗伊氏乳杆菌WQ‑Y1,通过本发明的乳酸菌对环丙沙星的降解能力测试方法可获知,罗伊氏乳杆菌WQ‑Y1能在耗时短的情况下对环丙沙星达到很高的降解率,体现了罗伊氏乳杆菌WQ‑Y1对环丙沙星降解的高效性;同时,本发明为开发降解环丙沙星抗生素污染的益生菌、缓解环丙沙星残留处理提供了理论依据。

Description

一种乳酸菌、筛选及应用
技术领域
本发明涉及一种新的乳酸菌,还涉及该乳酸菌的筛选,及该乳酸菌对环丙沙星的降解方面的应用。
背景技术
近年来,氟喹诺酮类抗生素在医疗和畜禽养殖业的大量使用所导致的环境污染问题日趋严重。氟喹诺酮类药物主要通过动物部分代谢后排入粪肥,而动物粪便中的残留氟喹诺酮类可以容易地进入陆地环境,并且通过浸出和直接径流的方式进入水生环境传播制药污染。最常见的氟喹诺酮类抗生素即为环丙沙星。
目前,控制抗生素传播污染的方法主要有物理方法、化学方法和生物法。其中,物理方法如原料清洗、树脂吸附等容易使抗生素进入清洗用水或富集到吸附材料中,对环境构成潜在的威胁;化学方法如臭氧降解、添加化学添加剂等由于成本昂贵或者安全性尚不明确,多停留在实验阶段,还未见实际应用;生物法由于成本低,操作简单,安全性高而成为近年来的研究热点。
据研究,包括乳酸菌在内的微生物具有抗生素降解功能,生物降解是通过生物的代谢作用使抗生素污染物的结构发生改变从而引起其他化学、物理性质的改变,从而实现环丙沙星对环境污染的无害化处理过程。但国内外对乳酸菌降解抗生素的研究较少,且去除效率较低,因此,探索乳酸菌在环境中抗生素的应用具有重大的实用价值。
发明内容
本发明所要解决的第一个技术问题是针对现有技术的现状,提供一种能降解环丙沙星的乳酸菌。
本发明所要解决的第二个技术问题是针对现有技术的现状,提供一种能降解环丙沙星的乳酸菌的筛选,筛选出的乳酸菌对环丙沙星的降解率高、耗时短。
本发明所要解决的第三个技术问题是针对现有技术的现状,提供一种上述筛选出的乳酸菌对环丙沙星的降解能力测试方法,该方法便于对乳酸菌的降解能力进行判断。
本发明解决至少一个上述技术问题所采用的技术方案为:一种乳酸菌,保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心,保藏编号为CGMCC No.17940。
一种上述乳酸菌的筛选,其特征在于包括以下步骤:
(1)乳酸菌筛选
称取鸭肠样品,将其剪碎后置于0.9%的生理盐水中振荡混匀得到固液混合物,取多份该固液混合物的上清液,分别用0.9%的生理盐水稀释至不同浓度梯度,并将其中至少三个浓度的溶液涂布在含1%碳酸钙的MRS琼脂平板上进行培养;
培养一段时间后,挑取有钙融圈的单菌落进一步使用MRS琼脂平板进行划线分离纯化,纯化后再依次进行革兰氏染色镜检、过氧化氢产气实验,符合乳酸菌鉴定条件的菌株用甘油保藏储存在-80℃的环境下备用;
(2)菌种鉴定
采用细菌DNA提取试剂盒提取分离到的菌株基因组DNA,并对提取的DNA进行 PCR扩增,所得PCR产物纯化后进行测序,测序结果进行BLAST比对,从GenBank中找到了相似菌株16S rRNA的基因序列,将菌株16S rRNA的基因序列与测定的序列共同用Neigh-borJoining法建立系统发育树,1000次随机抽样,计算自引导值评估系统发育树的置信度,筛选出罗伊氏乳杆菌WQ-Y1。
优选地,步骤(1)中,振荡混匀的时间为20min~50min;所述固液混合物中鸭肠与0.9%生理盐水的比例为10g/90mL。
优选地,以鸭肠与0.9%生理盐水的比例为10g/90mL的固液混合物为基础,依次稀释5个浓度梯度,每个浓度梯度在上一个浓度梯度基础上稀释十倍,取浓度梯度最小的三种溶液0.1mL分别涂布在各自含1%碳酸钙的MRS琼脂平板上。
优选地,所述培养温度为37℃,培养时间为24h。
一种筛选出的罗伊氏乳杆菌WQ-Y1对环丙沙星的降解能力测试方法,其特征在于:
以2%接种量将罗伊氏乳杆菌WQ-Y1传代两次后,离心收集菌体,再用pH7.2的磷酸盐缓冲液洗涤、离心;
将获得的菌体重悬于1mL含抗生素浓度为4μg/mL的碱性盐培养基中,调整菌浓度在108CFU/mL左右进行培养,分别在培养12h、18h、24h后取样、离心,取上清液使用0.22μm水相微孔滤膜进行过滤后,采用色谱分析抗生素残余量。
优选地,收集菌体时离心处理的温度为4℃,转速为6000r/min,离心处理时间为10min。
优选地,取样后离心处理的温度为4℃,转速为12000r/min,离心处理时间为10min。
上述罗伊氏乳杆菌WQ-Y1对环丙沙星的降解能力测试方法还包括:
取两份罗伊氏乳杆菌WQ-Y1分别于100mL MRS肉汤中37℃活化6h,将其中一份高温灭菌,同时以2%接种量将菌株传代两次后,离心收集菌体,再用pH7.2的磷酸盐缓冲液洗涤离心2次;将获得的菌体重悬于100mL含抗生素浓度为4μg/mL的碱性盐培养基中,调整菌浓度在108CFU/mL左右,置于转速为150r/min的摇床中37℃培养12h;
采用液相色谱仪,取样进液相,根据其出峰面积计算环丙沙星剩余含量,以此计算其活菌去除率和死菌去除率。
优选地,所述高温灭菌条件为121℃、20min。
与现有技术相比,本发明的优点在于:本发明利用乳酸菌的生物降解作用,筛选出能通过生理代谢使环丙沙星的结构发生改变、进而实现环丙沙星对环境污染无害化处理的罗伊氏乳杆菌WQ-Y1,通过本发明的乳酸菌对环丙沙星的降解能力测试方法可获知,罗伊氏乳杆菌WQ-Y1能在耗时短的情况下对环丙沙星达到很高的降解率,体现了罗伊氏乳杆菌WQ-Y1对环丙沙星降解的高效性;同时,本发明为开发降解环丙沙星抗生素污染的益生菌、缓解环丙沙星残留处理提供了理论依据。
附图说明
图1为本发明实施例中罗伊氏乳杆菌WQ-Y1的系统发育树;
图2为本发明实施例中环丙沙星(CIP)标品的液相色谱分析图;
图3为本发明实施例中罗伊氏乳杆菌WQ-Y1在24h内对环丙沙星的降解率分析图;
图4为本发明实施例中罗伊氏乳杆菌WQ-Y1致死菌和活菌的降解率分析图;
图5为本发明实施例中不同时间胞外聚合物和胞内物质对环丙沙星去除率对照图;
图6为本发明实施例中环丙沙星降解产物的检测图谱(6-3为代谢物,6-1、6-2为空白对照)。
保藏说明:分类命名:罗伊氏乳杆菌(Lactobacillus routon),保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心,地址为北京市朝阳区北辰路1号院3号,保藏时间为2019年6月17号,保藏编号为CGMCC No.17940。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
本实施例能降解环丙沙星的乳酸菌的筛选通过如下方法进行:
(1)乳酸菌筛选
准确称量鸭肠样品10g,用无菌手术刀剪碎,加入到90mL 0.9%的生理盐水中,振荡混匀作为浓度梯度为10-1的基础培养液;用生理盐水将该基础培养液稀释10-2、10-3、 10-4、10-5、10-6五个梯度,取10-4、10-5、10-6三个稀释度的培养液各0.1mL涂布在含 1%的碳酸钙的MRS琼脂平板,每个稀释度做三个平行,置于37℃培养24h;
挑取有钙融圈的单菌落进一步使用MRS琼脂平板划线分离纯化;用接种环挑取MRS琼脂上划线分离的单菌落于洁净试管中,滴加3%过氧化氢溶液0.5~1.0mL,观察半分钟内产生气泡者为阳性;将呈阳性的单菌落进行革兰氏染色镜检,染色后在显微镜下呈紫色说明为革兰氏阳性菌;上述革兰氏染色镜检、过氧化氢产气实验均呈阳性的判断为符合条件的菌株,将其用甘油保藏储存在-80℃冰箱中备用;
(2)菌种鉴定
用北京全式金公司的细菌DNA提取试剂盒提取分离到的菌株的基因组DNA,对提取的DNA进行PCR扩增,引物为16S rRNA通用引物,分别为27F: (5’-AGAGTTTGATCCTGGCTCAG-3’);1492R:(5’-GGTTACCTTGTTACGACTT-3’); PCR反应体系如下:50μL反应体系,模板2μL,上游引物1μL,下游引物1μL,2×Taq PCR MasterMix 25μL,dd H2O 1μL,其中空白对照组用ddH2O补足;PCR扩增条件: 94℃,5min预变性,(94℃,30s;Tm 55℃,30s;72℃,30s)共33个循环, 72℃延伸10min,4℃保温;
所得PCR产物用1%的琼脂糖凝胶电泳在标准条件下进行检测,将与预期大小相符的PCR产物进行纯化后,送至上海生工有限公司测序,并将测序结果登陆NCBI网站进行BLAST比对,然后从GenBank中找到相似菌株的16S rRNA基因序列,并与测定的序列共同用MEGA7.0软件Neigh-bor Joining法建立系统发育树,1000次随机抽样,计算自引导值(Bootstrap)以评估系统发育树的置信度,得到图1的发育树图谱,筛选出目标菌株罗伊氏乳杆菌WQ-Y1。
本实施例中罗伊氏乳杆菌WQ-Y1的降解能力检测方法为:
环丙沙星用0.03mol/L的NaOH配置成1mg/mL的标品母液,用液相色谱检测,液相色谱条件采用C18色谱柱(250mm×4.6mm,5μm),检测波长为278nm,柱温为30℃,流动相A为0.05mol/L磷酸溶液(三乙胺调pH至2.4),B为色谱级乙腈,比例为87:13,流速为1.0ml/min,进样量为20μL,保留时间大约为13.059min,检测图谱如图2所示;
以2%接种量将罗伊氏乳杆菌WQ-Y1菌株传代两次后,离心10min(6000r/min, 4℃)收集菌体,再用磷酸盐缓冲液(pH7.2)洗涤离心2次;将获得的菌体重悬于1mL 含抗生素浓度为4μg/mL的碱性盐培养基中(pH 7.0),调整菌浓度在108CFU/mL左右,置于转速为100r/min的摇床中37℃培养,分别在0h、3h、6h、12h、18h、24h 后取样,离心10min(12000r/min,4℃),取上清液使用0.22μm水相微孔滤膜进行过滤后用用高效液相色谱技术测定抗生素残余量,同时设加入菌体的同浓度抗生素溶液作为阴性对照;图3为WQ-Y1在0h、3h、6h、12、18h、24h时的生物降解率,最高可达70.22%。
本实施例对筛选出的罗伊氏乳杆菌WQ-Y1的降解途径进行了检测:
1、生物降解和物理吸附
从-80℃冰箱中取出两份罗伊氏乳杆菌WQ-Y1分别于两份100mL MRS肉汤中 37℃活化6h,将其中一份高温灭菌(121℃,20min),同时以2%接种量将菌株传代两次后,离心10min(6000r/min,4℃)收集菌体,再用磷酸盐缓冲液(pH7.2)洗涤离心2次;将获得的菌体重悬于100mL含抗生素浓度为4μg/mL的碱性盐培养基中(pH7.0),调整菌浓度在108CFU/mL左右,置于转速为150r/min的摇床中37℃培养 12h;并在此时间进行液相分析,根据其出峰面积计算环丙沙星的残留量,以此计算其活菌降解率和死菌降解率。
由图4可知,虽然死菌对环丙沙星有一定的去除能力,但活菌的去除率在试验时间里远大于死菌去除率,所以可推断罗伊氏乳杆菌WQ-Y1的去除率是生物降解和物理吸附的共同作用。
2、降解途径检测
从-80℃冰箱中取出一管罗伊氏乳杆菌于100mL MRS肉汤中37℃活化6h,6000 r/min离心10min收集菌体沉淀,加15mL PBS缓冲液混匀;功率350w,工作8s停3 s,超声破碎30min,12000r/min高速离心30min分离出上清(胞内物质)和沉淀(细胞膜沉淀),并且在上清和沉淀中加入环丙沙星标品控制浓度在4μg/mL,放置37℃、 150r/min培养12h、18h、24h;并在此时间进液相,根据其出峰面积计算环丙沙星降解率。
由图5可知,胞外聚合物和胞内物质对环丙沙星的降解率在18h时均达到最高,分别为17.7%和23.44%,由此可知胞外聚合物和胞内物质均对环丙沙星的降解有作用。
本实施例对筛选出的罗伊氏乳杆菌WQ-Y1的降解产物进行了鉴定:
从-80℃冰箱中取出一管罗伊氏乳杆菌于100mL MRS肉汤中37℃活化6h,6000 r/min离心10min收集菌体沉淀;用磷酸盐缓冲液(pH7.2)洗涤离心2次;将获得的菌体重悬于100mL含抗生素浓度为4μg/mL的碱性盐培养基中(pH7.0),调整菌浓度在108CFU/mL左右,置于转速为150r/min的摇床中37℃培养12h;超高效液相色谱质谱联用三重四极杆质谱仪在多反应监测(MRM)采集环丙沙星与WQ-Y1共培养下的代谢物和无WQ-Y1无CIP的空白对照;
通过UPLC-MS/MS(产物离子扫描模式)对WQ-Y1的降解产物进行了靶向检测分析,由图6可知,在罗伊氏乳杆菌WQ-Y1和环丙沙星的共培养液中检测到一种产物,即代谢物M1,检测到代谢物M1在m/z 207处的主要碎片离子,而空白实验结果呈阴性。代谢物M1质子化分子信号位于m/z 223,名为7-氨基-6-氟-4-氧代-1,4-二氢喹啉-3- 羧酸,对环境无害。上述M1为CIP产生的中间产物进一步分解得到,具体分解路径如下:
Figure RE-GDA0002518359290000061

Claims (6)

1.一种乳酸菌,保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心,保藏编号为CGMCC No.17940。
2.一种罗伊氏乳杆菌WQ-Y1对环丙沙星的降解能力测试方法,其特征在于:
所述罗伊氏乳杆菌WQ-Y1保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心,保藏编号为CGMCC No.17940;
所述测试方法包括以下步骤:
以2%接种量将罗伊氏乳杆菌WQ-Y1传代两次后,离心收集菌体,再用pH7.2的磷酸盐缓冲液洗涤、离心;
将获得的菌体重悬于1 mL含抗生素浓度为4 μg /mL的碱性盐培养基中,调整菌浓度在108CFU/mL左右进行培养,分别在培养12 h、18 h、24 h后取样、离心,取上清液使用0.22 μm水相微孔滤膜进行过滤后,采用色谱分析抗生素残余量。
3.根据权利要求2所述的罗伊氏乳杆菌WQ-Y1环丙沙星的降解能力测试方法,其特征在于:收集菌体时离心处理的温度为4 ℃,转速为6000 r/min,离心处理时间为10 min。
4.根据权利要求2所述的罗伊氏乳杆菌WQ-Y1环丙沙星的降解能力测试方法,其特征在于:取样后离心处理的温度为4 ℃,转速为12000 r/min,离心处理时间为10 min。
5.根据权利要求2所述的罗伊氏乳杆菌WQ-Y1对环丙沙星的降解能力测试方法,其特征在于:
取两份罗伊氏乳杆菌WQ-Y1分别于100 mL MRS肉汤中37 ℃活化6 h,将其中一份高温灭菌,同时以2%接种量将菌株传代两次后,离心收集菌体,再用pH7.2的磷酸盐缓冲液洗涤离心2次;将获得的菌体重悬于100 mL含抗生素浓度为4 μg /mL的碱性盐培养基中,调整菌浓度在108 CFU/mL左右,置于转速为150 r/min的摇床中37 ℃培养12 h;
采用液相色谱仪,取样进液相,根据其出峰面积计算环丙沙星剩余含量,以此计算其活菌去除率和死菌去除率。
6.根据权利要求5所述的罗伊氏乳杆菌WQ-Y1对环丙沙星的降解能力测试方法,其特征在于:所述高温灭菌条件为121 ℃、20 min。
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