文 献 综 述

一.前言

色素分为人工合成色素和天然色素两种。天然色素较人工合成色素有着无毒、安全性高、色泽自然鲜艳，并有很高的营养价值和药理功能等优越性[1]。紫色素是蓝色素的一种，自从他们的第一次发现紫色杆菌素产生菌有着炫目的紫色后，就引起了科学家们的好奇心。天然紫色杆菌素产生菌的种类有很多，包括Collimon，Duganella, Janthinobacterium, Microbulbifer sp.以及Pseudoalteromonas。他们的生长环境也有着很大的差异，包括海绵的表面，甚至是在冰川下面[2]。

紫色杆菌素是微生物产生的一种非必需的次级代谢产物，属于吲哚衍生物[3-4]，在五种蛋白的作用下由两个色氨酸分子缩合而形成的产物，而产紫色杆菌的菌株还会合成脱氧紫色杆菌。紫色杆菌素粗提物具有广谱抗菌、抗肿瘤、抗病毒 及抗原生动物等多种重要生物活性[5-8]。此外，还可以给细菌一个竞争优势，比如说紫色杆菌素能势，例如为其两栖动物宿主提供抗真菌保护,提高了它们的生存能力。次级代谢产物经常提供除了细菌生长的紧迫需要和传播以外的功能服务，紫色杆菌素还可以作为群体感应的指标。紫色杆菌素在医药、食品、纺织印染和真菌生物农药等领域有大的应用前景[9]。遗憾的是，紫色杆菌素和其相关衍生物产量比较低，研究小组仍然一直在寻求通过遗传工程和生物合成的方法来提高紫色杆菌素的发酵产量。

由于紫色杆菌素有着以上的生物学特性，所以它也就有了非常有前景的潜在临床应用。紫色杆菌素对于很多的生物和细胞都有毒副作用，但是科学家们对于紫色杆菌素具有活性背后所隐藏的生物学机制仍然存在着许多的疑问，也许这也是造成目前其临床应用很少的一个原因，但是导致这种现象的一个重要原因是天然菌株合成紫色杆菌素的产量低。因此本文后半部分将主要讨论对紫色杆菌素及其相关衍生物的生产和纯化的研究现状。

由于紫色杆菌素是由各种细菌自行合成的,因此这些菌株用来合成紫色杆菌素似乎是一个明确的选择，然而,我们发现有许多因素会影响产量，包括搅拌程度和通风量[10]，接种量[11]和可用的营养物质[11,12,13]等。应当注意的是，我们要采用高效液相色谱法进行研究。其中一组采用了响应面方法(RSM)确定产生紫色杆菌素的最佳条件[12]。胰蛋白胨和酵母提取物与紫色杆菌素的产量呈正比，葡萄糖成反比，因此要限制葡萄糖的量。利用响应面法对另一株紫色杆菌素产生菌（Pseudoduganella sp. B2）进行了新的研究，发现其是紫色杆菌素生产的主要推动力[14]。他们还确定了作为影响最终紫色杆菌素产量的主要因素是培养时pH，色氨酸和硝酸钾的浓度。由于合成紫色杆菌素所需的基因（即vioABCDE）存在于单一操纵子内[15]，许多研究小组试图在其他细菌宿主中克隆并表达,包括大肠杆菌[16-17]。 Pemberton课题组专注于质粒稳定性，这是一个关乎异源宿主中长期稳定生产紫色杆菌素的重要方面。研究表明当紫色杆菌素基因群被克隆到phc79，在没有抗生素压力的情况下，在生长15代时会变得不稳定。他们还发现当他们在 pUC18载体中表达vioABCDE操纵子时也是如此，但它们够使用广泛的宿主范围的 IncP质粒构建稳定的一个结构，这种质粒（即pPsx-VIO ）在没有抗生素时哪怕繁殖超过100代都是是稳定的[18]，这种特性使它成为合成紫色杆菌素的潜在的一种有效方法。最近一项研究了与色氨酸生产相关的基因，并剔除了几个会降低氨基酸的碳通量的基因和途径。他们接着将 vioD基因导入该菌株的染色体和表达vioABCDE基因的质粒。在一个12天的时间内用Vio-4菌进行发酵,他们能够生成超过99%纯度的710毫g/升紫色杆菌素。表明大肠杆菌可用于产生高浓度的紫色杆菌素,但并不是唯一的菌株作为宿主产生双吲哚紫色杆菌素。Citrobacter freundii和 Enterobacter aerogenes也能有利于紫色杆菌素产量的提高[19]。

本文综述了细菌和几种衍生物的研究和生产的研究趋势。它的生物学特性使人们对这种化合物及其野生型和重组菌株的生产产生了新的兴趣。正如本报告所述,紫色杆菌素的生产和特性并非没有其自身的障碍和困难,还有许多探索工作需要做，目前的分子遗传学的趋势也正在帮助人们探索这一领域。随着这种化合物及其衍生物的研究进展，预计紫色杆菌素将更有利于为科学界和临床研究。

参考文献：

[1] 张志东, 楚敏, 唐琦勇,等. 一株蓝色素产生菌的鉴定及色素特性[J]. 食品科学, 2012, 33(19):236-239.