楊 冰，杜春梅*

（1. 黑龍江大學(xué)農(nóng)業(yè)微生物技術(shù)教育部工程研究中心，哈爾濱 150500；2. 黑龍江大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院/黑龍江省普通高校微生物重點實驗室，哈爾濱 150080）

貝萊斯芽胞桿菌Bacillus velezensis廣泛分布于自然界，具有重要的研究價值，但自發(fā)現(xiàn)以來其“身份”一直飽受爭議。2005年，Ruiz-García等[1]從貝萊斯河的環(huán)境樣本中首次分離出兩株新的芽胞桿菌（CR-502T和CR-14b）并命名為貝萊斯芽胞桿菌。2008年，根據(jù)gyrB基因相似性和DNA雜交值，將解淀粉芽胞桿菌B. amyloliquefaciens和貝萊斯芽胞桿菌認定為同物異名，貝萊斯芽胞桿菌因此失去命名地位[2]。2011年，解淀粉芽胞桿菌被劃分為兩個亞種，即解淀粉芽胞桿菌解淀粉亞種B. amyloliquefacienssubsp.amyloliquefaciens和解淀粉芽胞桿菌植物亞種B. amyloliquefacienssubsp.plantarum。2015年，基于全基因組分析認定甲基營養(yǎng)型芽胞桿菌B. methylotrophicus和解淀粉芽胞桿菌植物亞種的基因組相似度高達95%，差異微小，因此確定二者為同物異名，解淀粉芽胞桿菌植物亞種失去命名地位[3,4]。2016年，Dunlap等[5]通過全基因組比較法認定貝萊斯芽胞桿菌和解淀粉芽胞桿菌不是同一物種，把解淀粉芽胞桿菌植物亞種、甲基營養(yǎng)型芽胞桿菌重新歸類為貝萊斯芽胞桿菌，貝萊斯芽胞桿菌重新獲得命名地位。據(jù)此，B.amyloliquefacienssubsp.plantarumFZB42、B. amyloliquefaciensFR203A、B. amyloliquefaciensSQR9、B.amyloliquefaciensNJN-6、B. amyloliquefaciensSQRT3、B. methylotrophicusKACC 13105T、B. subtilisGB03等菌株在分類學(xué)上均為貝萊斯芽胞桿菌[6]。清楚地認知貝萊斯芽胞桿菌的分類地位為深入挖掘貝萊斯芽胞桿菌在農(nóng)業(yè)和醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用潛力奠定了基礎(chǔ)。

目前，貝萊斯芽胞桿菌及其代謝產(chǎn)物主要被用作生物防控劑、植物生長促進劑、醫(yī)療殺菌劑和抗癌藥劑。已發(fā)現(xiàn)許多貝萊斯芽胞桿菌菌株能夠抑制病原體的生長和繁殖，對番茄青枯病[7]、水稻條紋病[8]、炭疽病[9]、火疫病[10]、菊花軟腐病[11]等多種植物病害，魚類癤病[12]等動物病害以及人類宮頸癌[13]和乳腺癌[14]等臨床疾病呈現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力。然而，不同來源的貝萊斯芽胞桿菌菌株在不同的培養(yǎng)條件下產(chǎn)生的抗菌物質(zhì)有很大的差異，對已發(fā)現(xiàn)的貝萊斯芽胞桿菌次生抗菌物質(zhì)的化學(xué)結(jié)構(gòu)、合成調(diào)控機制等進行總結(jié)，有助于深入研究其代謝調(diào)控通路并通過組合生物學(xué)等手段挖掘新的代謝產(chǎn)物。本文對貝萊斯芽胞桿菌的次生抗菌物質(zhì)的結(jié)構(gòu)、生物合成基因簇、合成調(diào)控機制、及其在農(nóng)業(yè)和醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用進行了總結(jié)和回顧，以期為今后利用貝萊斯芽胞桿菌及其代謝產(chǎn)物研發(fā)生防制劑或臨床藥物提供科學(xué)依據(jù)。

1 部分已知次生抗生物質(zhì)的結(jié)構(gòu)

已知的貝萊斯芽胞桿菌產(chǎn)生的抗真菌活性物質(zhì)主要是環(huán)脂肽類化合物桿菌霉素 D（Bacillomycin-D）和豐原素（Fengycin），而其抗細菌活性物質(zhì)類型較多，如環(huán)脂肽類化合物表面活性素（Surfactin），多烯類化合物桿菌烯（Bacillaene）、大環(huán)內(nèi)酯類化合物大環(huán)內(nèi)酰亞胺（Macrolactin）和艱難菌素（Difficidin），以及多肽類細菌素兒茶酚型桿菌巴?。˙acillibactin）、二肽類環(huán)狀結(jié)構(gòu)化合物桿菌溶素（Bacilysin）、環(huán)狀肽結(jié)構(gòu)廣譜細菌素淀粉環(huán)霉素（Amylocyclicin）和噁唑/噻唑型窄譜抗線蟲細菌素車前唑霉素（Plantazolicin）[15]。一些已知次生抗生物質(zhì)的結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 部分貝萊斯芽胞桿菌次生抗生物質(zhì)的結(jié)構(gòu)圖[6,18]Fig. 1 Structure diagram of part of secondary antibiotic substance procuced byBacillus velezensis[6,18]

2 次生抗生物質(zhì)的生物合成基因簇

在貝萊斯芽胞桿菌的眾多菌株中，生物合成基因簇研究最清楚的是B. velezensisFZB42，其基因組中存在9個巨大的抗生物質(zhì)合成基因簇，分別是srf、bmy、fen、dhb、bac、mln、bae、dfn和nrs，約占整個基因組的10%，這些生物合成基因簇分別編碼多種抗生物質(zhì)的生物合成酶，包括表面活性素、桿菌霉素-D、豐原素、桿菌巴汀、桿菌溶素、大環(huán)內(nèi)酰亞胺、桿菌烯、艱難菌素和一種未知功能的推定肽[16]。在九個基因簇中，有5個基因簇（srfABCD、bmyCBAD、fenABCDE、dhbABCDEF和nrsABCDEF）負責(zé)編碼相應(yīng)的非核糖體肽合成酶（Nonribosomal peptide synthetases，NRPSs），這些酶組成大型復(fù)合酶，負責(zé)三個主要的脂肽亞家族—Surfactins、Bacillomycin-D和Fengycins的合成[17]；有3個基因簇編碼聚酮化合物合酶（Polyketide synthases，PKSs），分別是指導(dǎo)Macrolactin合成的mlnABCDEFGHI、指導(dǎo)Bacillaene合成的baeBCDE,acpK,baeGHIJLMNRS和指導(dǎo)Difficidin合成的dfnAYXBCDEFGHIJKLM[18]。這3個基因簇覆蓋近200 kb，是貝萊斯芽胞桿菌FZB42基因組中最大的基因簇[19]。PKSs和NRPSs既可以單獨合成某些抗生物質(zhì)，也可以協(xié)同作用，Bacillaene就是PKSs和 NRPSs協(xié)同作用的結(jié)果。PKSs和NRPSs分別負責(zé)結(jié)合丙二酰衍生物和氨基酸，且均以多酶復(fù)合物的形式發(fā)揮作用，從而通過不同的構(gòu)件來合成各種具有治療潛力的次生物質(zhì)[20]。在貝萊斯芽胞桿菌中，3種脂肽和3種PKS型聚酮化合物都是通過4′-磷酸泛酰轉(zhuǎn)移酶（Sfp）途徑生物合成的[21]，而Bacilysin的產(chǎn)生與該途徑無關(guān)，而是由bac基因簇指導(dǎo)合成。另外，貝萊斯芽胞桿菌還通過核糖體途徑產(chǎn)生細菌素，目前已被鑒定的兩種細菌素為淀粉環(huán)霉素和車前唑霉素，二者對近緣的革蘭氏陽性菌顯示出高抗菌活性[22,23]。2011年，Rueckert 等[24]將 FZB42與非植物相關(guān)的解淀粉芽胞桿菌 DSM7T的基因組序列進行了比較，發(fā)現(xiàn)二者之間存在顯著差異。值得注意的是，非核糖體合成抗菌聚酮化合物大環(huán)內(nèi)酰亞胺和艱難菌素的能力是植物亞種即貝萊斯芽胞桿菌的獨特特征，而合成脂肽的能力是與解淀粉芽胞桿菌解淀粉亞種共有的，而且這些特點與枯草芽胞桿菌物種復(fù)合體的其他成員不一致[25]。

3 抗生物質(zhì)合成的調(diào)控

3.1 脂肽類抗生物質(zhì)合成的調(diào)控

3.1.1 表面活性素 表面活性素是具有兩親性結(jié)構(gòu)的生物表面活性分子，是由β-羥基脂肪酸鏈（C-13～C-16）和親水性七肽環(huán)連接而成，肽環(huán)的氨基酸序列為Glu-Leu-Leu-Val-Asp-Leu-Leu[26]。貝萊斯芽胞桿菌能產(chǎn)生少量表面活性素（＜其生物量的 10%），不僅具有抑制其他細菌生長的作用，而且可以在種間或種內(nèi)相互作用中作為信號分子[27]。表面活性素是由srfA操縱子編碼的非核糖體肽合成酶的復(fù)雜相互作用合成的。srfA操縱子由srfAA、srfAB、srfAC和srfAD四個開放閱讀框（ORFs）組成。其中，srfAA、srfAB、SrfAC負責(zé)編碼模塊化酶，模塊化酶負責(zé)將7個氨基酸整合到肽環(huán)中。srfAD是一種修復(fù)酶，負責(zé)編碼硫酯酶/?；D(zhuǎn)移酶結(jié)構(gòu)域，調(diào)節(jié)表面活性素生物合成的起始[28]。

表面活性素的生物合成取決于細胞密度，群體感應(yīng)（Quorum sensing，QS）阻止細菌細胞的持續(xù)生產(chǎn)進而限制表面活性素的總產(chǎn)量[29]。從圖2可以看出，芽胞桿菌細胞在液體培養(yǎng)基中能持續(xù)分泌細胞外信號因子ComX信息素（10-氨基酸修飾的肽），當(dāng)其濃度達到一定閾值時，組氨酸激酶受體ComP檢測到ComX，隨后自動磷酸化其同源受體調(diào)控因子ComA。ComA是ComQXPA信號級聯(lián)系統(tǒng)（該系統(tǒng)在幾種芽胞桿菌屬中負責(zé)QS）的一部分。隨后，磷酸化的ComA（ComA～P）通過與啟動子結(jié)合觸發(fā)srfA操縱子的轉(zhuǎn)錄，并啟動表面活性素的生物合成[18]。表面活性素間接與傳感器激酶 KinC相互作用，促進主反應(yīng)調(diào)控因子Spo0A（芽胞桿菌產(chǎn)孢開始的主控元件，也是芽胞桿菌生物膜形成的正調(diào)控因子）的磷酸化。磷酸化的Spo0A誘導(dǎo)SinI（一種小肽，與SinR結(jié)合會使SinR蛋白活性受到抑制）的表達，SinI與阻遏物SinR（生物膜形成的負調(diào)控因子）會發(fā)生拮抗從而導(dǎo)致參與生物膜形成的相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄。除了依賴ComX調(diào)節(jié)之外，芽胞形成刺激因子（CSF）和天冬氨酸磷酸酶蛋白（Rap）也調(diào)節(jié)表面活性素的生物合成[30]。CSF是一種由芽胞桿菌分泌的物種特異性胞外肽，由寡肽滲透酶（Opp，也稱為Spo0K）轉(zhuǎn)運進入胞內(nèi)，并與Rap蛋白結(jié)合，使ComA～P去磷酸化，失去激活srfA操縱子轉(zhuǎn)錄的功能。而抑制ComA～P的去磷酸化能保證srfA基因的轉(zhuǎn)錄和表面活性素的生物合成[31]，如敲除ComA抑制了表面活性素的產(chǎn)生，過表達ComA會誘導(dǎo)表明活性素的生成[32]。

圖2 貝萊斯芽胞桿菌和枯草芽胞桿菌的群體感應(yīng)調(diào)控表面活性素的產(chǎn)生Fig. 2 Quorum sensing inB. velezensisandB. subtilisregulates the production of sufactin

3.1.2 豐原素 豐原素的結(jié)構(gòu)是由β-羥基脂肪酸鏈（C12-C19）和環(huán)狀十肽通過內(nèi)酯鍵組成的，肽環(huán)的氨基酸序列為（Glu-Ora-Tyr-Thr-Glu-Ala（Val）-Pro-Gln-Tyr-Ile）[33]。由于在第六個位置存在Ala/Val二形態(tài)，因而有兩種不同的豐原素Fengycin A和Fengycin B，且二者在結(jié)構(gòu)上也有所不同。豐原素的操縱子由五個閱讀框FenA-E組成[34]。FenC是起始模塊，負責(zé)激活并組裝第一個和第二個氨基酸。豐原素的啟動子位于FenC轉(zhuǎn)錄起始位點上游86 bp處，其UP元件是包括A和T的一個17 bp的序列，在啟動子-35區(qū)和RNA聚合酶結(jié)合位點的上游，對啟動子活性至關(guān)重要，UP元件突變能使轉(zhuǎn)錄頻率降低85%，大大抑制了豐原素的合成[35,36]。FenB負責(zé)組裝最后一個氨基酸，位于肽合酶基因簇的C端，敲除FenB則合成的豐原素不能被釋放[37]。內(nèi)源性因素，如雙組分調(diào)節(jié)因子（ComA/ComP）、Sigma A因子和信號蛋白（DegU，DegQ），也調(diào)節(jié)豐原素合成酶基因的表達，sigA上調(diào)可增加豐原素的產(chǎn)量[38]。在低磷條件下，PHR/PhoP通過控制豐原素合成酶基因的表達來調(diào)節(jié)豐原素的產(chǎn)生[39]。

3.1.3 桿菌霉素-D 桿菌霉素結(jié)構(gòu)是由β-氨基脂肪酸鏈（C15-C18）和環(huán)狀七肽兩部分組成的，環(huán)七肽的氨基酸序列為Asn-Tyr-Asn-Pro-Glu-Ser-Thr。編碼桿菌霉素-D肽部分生物合成的是bmyDABC基因簇，在貝萊斯芽胞桿菌FZB42基因組中與豐原素基因簇僅相差25 kb，與枯草芽胞桿菌RB14中iturin-A基因簇的位置完全相同[40]。三個多效性調(diào)節(jié)因子（DegU、DegQ和ComA）和兩個σ因子（σB和σH）正向調(diào)節(jié)bmy啟動子對桿菌霉素-D合成的轉(zhuǎn)錄。另一項研究證明編碼DegU和ComA蛋白的基因失活會導(dǎo)致bmy操縱子的啟動子功能受損，失活突變體的bmy操縱子的轉(zhuǎn)錄效率比野生型菌株低3～4倍。Wang等[41]研究表明AbrB通過與桿菌霉素合成酶操縱子PbacA的啟動子結(jié)合來抑制桿菌霉素的生物合成，而Spo0A通過抑制AbrB的表達間接促進桿菌霉素的生物合成。

3.2 聚酮類抗生物質(zhì)合成的調(diào)控

聚酮化合物屬于次級抗生物質(zhì)的一個大家族，包括許多具有抗菌、免疫抑制、抗腫瘤等相關(guān)生物活性的化合物。聚酮化合物是由短鏈的?；鶈卧鸩矫擊瓤s合反應(yīng)合成的，然后經(jīng)由PKSs修飾結(jié)構(gòu)域催化進行修飾。在新的一輪鏈延伸之前，一組可變的修飾酶可以局部引入結(jié)構(gòu)多樣性，如β-還原、脫水或烯?；€原反應(yīng)等[42]。類似于肽的非核糖體合成，PKS多酶系統(tǒng)使用經(jīng)翻譯后修飾的?；d體蛋白（ACPs）在延伸過程中引導(dǎo)增長的聚酮中間體[43]。在解淀粉芽胞桿菌FZB42中鑒定出3個反式?；D(zhuǎn)移酶類型的巨大模塊化PKS系統(tǒng)，其中pks1是模式菌株枯草芽胞桿菌168的pksX操縱子的直系同源物，F(xiàn)ZB42的pks1具有枯草芽胞桿菌168的pksX所不具有的功能，而pks2和pks3簇是新的基因簇。根據(jù)質(zhì)譜分析，pks1（bae）和pks3（dif）基因簇分別編碼多烯類抗生素桿菌素和艱難菌素的生物合成酶。pks1是模塊化組織的巨型合酶，每個模塊通常包含一個β-酮酰基合酶（KS）、酰基轉(zhuǎn)移酶（AT）和ACP?；d體蛋白作為必需和基本的結(jié)構(gòu)域，可以由一組可變的額外結(jié)構(gòu)域來補充。模塊的順序決定了生物合成事件的順序，并且通常觀察到的 PKS結(jié)構(gòu)和生物合成步驟之間的共線性被證明允許對I型PKSs進行組合操作以產(chǎn)生新化合物[44]。

當(dāng)編碼4′-磷酸泛酰轉(zhuǎn)移酶的sfp基因突變時，枯草芽胞桿菌168的pksX系統(tǒng)也無法合成聚酮化合物，因為Sfp不僅磷酸化表面活性素和其他脂肽類的肽基載體蛋白，而且對其他載體蛋白，包括聚酮化合物合酶的?；d體蛋白也顯示出廣泛的底物特異性[45]。

4 貝萊斯芽胞桿菌抗生物質(zhì)的應(yīng)用研究

4.1 防治植物病害

盡管已經(jīng)對貝萊斯芽胞桿菌的抗生物質(zhì)進行了大量的研究，然而在農(nóng)業(yè)應(yīng)用中，多數(shù)使用的還是活體菌劑，尤其是在動植物病害的防治方面。因此，人們推測抗生物質(zhì)的產(chǎn)生是活體菌劑發(fā)揮效力的關(guān)鍵因素之一。

4.1.1 作用于病原體 表面活性素作用于細菌的細胞壁和細胞膜，導(dǎo)致病原菌細胞死亡。Surfactin對青枯菌Ralstonia solanacearum、丁香假單胞菌Pseudomonas syringae、苜蓿萎蔫菌Clavibacter michiganensis等多種病原微生物有抗菌活性。Xiong等[46]從健康番茄植株根際土壤中分離出一株解淀粉芽胞桿菌JK6，對番茄青枯病的溫室生防效果達到52.9%以上，且JK6處理的根際土壤中的srfAB、fenD和yndJ的拷貝數(shù)明顯高于對照，srfAB參與表面活性素的合成，fenD和yndJ參與豐原素的合成，表面活性素主要抗細菌活性，豐原素主要抗真菌活性，因此，推測表面活性素的產(chǎn)生可能在JK6保護植物免受病原體攻擊的生物控制機制中起主要作用。Grady等[47]通過體外試驗表明，貝萊斯芽胞桿菌9D-6產(chǎn)生的Surfactin B和Surfactin C能抑制苜蓿萎蔫菌的生長，但不能抑制丁香假單胞菌DC3000 的生長，但是其活體菌劑能顯著降低DC3000的根定殖。

Fengycins主要是通過與真菌細胞膜相互作用改變細胞滲透性而導(dǎo)致目標微生物的細胞死亡，可被用來防治多種植物病害。Chen等[48]研究表明，貝萊斯芽胞桿菌FJAT-46737的粗脂肽對多種病原菌（包括青枯菌、大腸桿菌和尖孢鐮刀菌）具有顯著的拮抗活性，并檢測出Fengycins是該粗脂肽的主要抗真菌成分，而有機氮源豐富促進Fengycin和Surfactin的產(chǎn)生。Adeniji等[49]研究表明貝萊斯芽胞桿菌NWUMFkBS10.5能產(chǎn)生Fengycin、Iturin和Surfactin，對兩種玉米真菌病原體禾谷鐮孢菌Fusarium graminearum和黃色鐮孢菌F. culmorum具有生物防治潛力。

Bacillomycin-D屬于伊枯草素家族脂肽[18]。Gu等[21]研究表明貝萊斯芽胞桿菌FZB42產(chǎn)生的Bacillomycin-D對禾谷鐮孢菌F. graminearum具有顯著的抗菌活性，能引起菌絲和分生孢子的質(zhì)膜和細胞壁發(fā)生形態(tài)學(xué)變化，誘導(dǎo)活性氧的積累造成細胞死亡。Jin等[9]研究表明貝萊斯芽胞桿菌HN-2產(chǎn)生的桿菌霉素D對炭疽病菌Colletotrichum gloeosporioides的作用效果比咪鮮胺（Prochloraz）和代森錳鋅（Mancozeb）更強，可損傷炭疽病菌菌絲和孢子的細胞壁和細胞膜，使細胞質(zhì)和細胞器滲出，細胞呈現(xiàn)空洞。Xu等[41]研究表明，Bacillomycin-D可以作為信號分子通過促進鐵的獲得來促進生物膜的形成，并通過與其轉(zhuǎn)錄因子Btr結(jié)合來促進鐵 ABC轉(zhuǎn)運蛋白 FeuABC的轉(zhuǎn)錄，從而增加細胞內(nèi)鐵濃度，并激活生物膜基質(zhì)成分 KinBSpo0A-SinI-SinR的合成。這些結(jié)果揭示了一種抗生素依賴的信號機制，并且此試驗基于植物促生長菌熒光假單胞菌Pseudomonas fluorescensPF-5與貝萊斯芽胞桿菌SQR9的競爭模型系統(tǒng)，證明了Bacillomycin-D有助于SQR9與PF-5的競爭，此作用機制是將鐵的獲取與生物膜的形成和生態(tài)競爭聯(lián)系起來。

Difficidin及其氧化形式Oxydifficidin由pks3（dif）基因簇編碼的酶負責(zé)合成[43]。Seong等[7]的研究表明甲基營養(yǎng)芽胞桿菌DR-08對番茄青枯病病原菌有較強的抗菌活性，其發(fā)酵液提取物中含有Difficidin和Oxydifficidin兩種抗菌物質(zhì)，能完全抑制14種植物病原菌的生長，對青枯菌的最低抑菌濃度為12.62 μg/mL。Wu等[8]研究表明，貝萊斯芽胞桿菌FZB42能通過產(chǎn)生Difficidin和Bacilysin而顯示出對水稻白葉枯病菌Xanthomonas oryzaepv.oryzae和水稻細菌性條斑病X. oryzaepv.oryzicola的生物控制活性。Difficidin 和Bacilysin可引起質(zhì)壁分離、細胞裂解，進而細胞內(nèi)成分流出。二者混合施用，能顯著降低水稻植株的病斑長度和疾病嚴重程度，防效穩(wěn)定在 58.82%～72.31%之間，并且使病原細胞分裂、蛋白質(zhì)合成和細胞壁合成相關(guān)基因（rpfF、gumD、ftsZ、rrlA和glmS）的表達均呈現(xiàn)下調(diào)趨勢，且rrlA和glmS的下調(diào)水平最顯著。Bacilysin是一種二肽抗菌素，其抗菌活性取決于培養(yǎng)基的組成，其活性可以通過使用一些拮抗劑如N-乙酰氨基葡萄糖、幾種二肽和氨基酸來逆轉(zhuǎn)，這些物質(zhì)可能會抑制Bacilysin向微生物細胞的轉(zhuǎn)運。貝萊斯芽胞桿菌FZB42合成的Bacilysin對馬鈴薯環(huán)腐病菌具有拮抗活性。本實驗室研究發(fā)現(xiàn)，貝萊斯芽胞桿菌HD01產(chǎn)生的脂肽、抗菌蛋白和聚酮類化合物對馬鈴薯瘡痂病菌Streptomyces scabies均具有一定的抑菌效果，其中聚酮類化合物的抑制作用最強，能顯著下調(diào) Thaxtomin毒素的產(chǎn)毒基因（txtAB、tomA、nec1以及txtH）的表達。且該化合物對 pH、溫度、紫外線、有機溶劑具有良好的穩(wěn)定性，對馬鈴薯瘡痂病的防治具有良好的應(yīng)用潛力。今后將對該化合物進一步純化并進行結(jié)構(gòu)鑒定，并通過工程菌株的構(gòu)建及單因素和響應(yīng)面法發(fā)酵條件優(yōu)化等方法提高抗菌代謝產(chǎn)物產(chǎn)量，為深入探討其抗馬鈴薯瘡痂病的機制和應(yīng)用研究奠定基礎(chǔ)。

貝萊斯芽胞桿菌FZB42和SQR9可以在鐵限制條件下通過分泌Bacillibactin與有害微生物競爭鐵元素來保護植物免受病原菌的侵害[50]。SQR9合成的Bacillibactin與脂肽（即桿菌霉素D、豐原素和表面活性素）一起作用時，能展現(xiàn)出對尖孢鐮孢菌、茄病鐮孢菌和寄生鐮孢菌的拮抗作用，且脂肽類物質(zhì)能促進Bacillibactin的產(chǎn)生，二者同時存在時顯示出良好的抗菌效果。然而，同時缺乏脂肽和Bacillibactin的突變菌株受到真菌病原體的挑戰(zhàn)時，突變菌株不能顯示出明顯的抗真菌效果，且在只有 Bacillibactin單獨存在（缺乏已知的脂肽或聚酮化合物）的情況下，也沒有試驗證據(jù)證明純化的 Bacillibactin具有抗菌活性，因此這些結(jié)果表明，Bacillibactin在抑制微生物病原體中可能是通過剝奪病原微生物所必需的鐵離子來抑制其生長的，而不是直接拮抗病原菌[51]。

Macrolactin是細菌肽去甲酰化酶的抑制劑，已鑒定出約17種不同類型的Macrolactin。而在貝萊斯芽胞桿菌中發(fā)現(xiàn)了其中的4種，分別是Macrolactin-A、Macrolactin-D、7-O-malonyl-macrolactin-A和7-O-succinyl-macrolactin[52,53]。Chen等[11]研究發(fā)現(xiàn)Macrolactin-A是解淀粉芽胞桿菌D2WM抗菊花軟腐病原菌的關(guān)鍵物質(zhì)。Chen等[45]發(fā)現(xiàn)由貝萊斯芽胞桿菌 FZB42合成的 Bacillaene對火疫病病原菌歐文氏菌Erwinia amylovora和白蟻菌（Termitomyces）表現(xiàn)出一定的抑菌效果[10]。

4.1.2 作用于植物—誘導(dǎo)系統(tǒng)抗性 作為一種植物根際促生菌（Plant growth promoting rhizobacteria，PGPR），貝萊斯芽胞桿菌FZB42顯示的生物防治效果可能依賴于幾種生物活性次生物質(zhì)的潛在抗菌活性。然而，除Surfactin外，在植物中測定的抗真菌脂肽的濃度相對較低。此外，到目前為止，在PGPR桿菌定居的植物根部附近沒有檢測到抗菌聚酮化合物和其他生物活性化合物，因此，研究人員推測，由Surfactin、微生物揮發(fā)性有機化合物以及可能的其他迄今未被發(fā)現(xiàn)的次生物質(zhì)所引發(fā)的 ISR（Induced systemic resistance，ISR）是 PGPR抑制植物病原體的主要因素，植物通過這一過程保護自己免受有害微生物的反復(fù)攻擊[25]。Chowdhury等[54]為了研究Surfactin和聚酮類化合物在調(diào)節(jié)植物對立枯絲核菌R. solani防御反應(yīng)中的作用，用貝萊斯芽胞桿菌FZB42野生型和兩個突變株CH1（不產(chǎn)Surfactin）和CH5（不產(chǎn)脂肽和聚酮化合物）接種萵苣幼苗，使幼苗細菌化，通過實時定量PCR反應(yīng)分析表明，野生型FZB42-細菌化植株的植物防御素因子（Plant defensin factor, PDF）的表達上調(diào)，但在突變菌株細菌化的植株中未上調(diào)，表明脂肽類化合物和聚酮類化合物可增強植物的防御反應(yīng)，具有誘導(dǎo)植物系統(tǒng)抗性的作用。

4.2 防治動物病害

一種從水產(chǎn)養(yǎng)殖系統(tǒng)中分離的貝萊斯芽胞桿菌V4菌株對沙門氏菌氣單胞菌亞種Aeromonas salmonicidasubsp.salmonicida具有控制活性，可顯著減少魚的死亡率，且能促進魚的生長，具備用作水產(chǎn)養(yǎng)殖益生菌和抗真菌劑的潛力，其產(chǎn)生的活性代謝物主要是伊枯草素、艱難菌素和大環(huán)內(nèi)酰亞胺[55]。Hien等[12]用植物乳桿菌N11和貝萊斯芽胞桿菌H3.1的益生菌混合物作為飼料添加劑處理尼羅羅非魚時，這些益生菌能夠提高尼羅羅非魚的黏膜免疫和血清免疫功能，增強抗病能力。但是，增強魚類免疫的益生菌的活性代謝物成分及其與益生菌其他成分協(xié)同作用的機制尚不清楚。

4.3 在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用

Magally等[56]研究發(fā)現(xiàn) 7-O-malonyl-macrolactin-A對多種革蘭氏陽性菌和多藥耐藥細菌病原體具有抑菌作用，特別是耐甲氧西林金黃色葡萄球菌、耐萬古霉素腸球菌和洋蔥伯克霍爾德氏菌的小菌落變體。Bacillaene對多重耐藥細菌分離株也具有抗菌活性，但其化學(xué)性質(zhì)不穩(wěn)定，一直沒能商品化[57]。貝萊斯芽胞桿菌FZB42合成的Bacilysin對金黃色葡萄球菌具有拮抗活性[58]。另一項研究表明Bacilysin對銅綠假單胞菌表現(xiàn)出很強的抗細菌活性，然而，單個基因bacB的破壞或生物測定板中N-乙酰氨基葡萄糖的補充能消除Bacilysin的抑制作用。掃描電鏡和透射電鏡分析表明，Bacilysin是通過引發(fā)細胞壁結(jié)構(gòu)的變化以及細胞內(nèi)成分的流出來抑制病原微生物的[8]，用15 mg/L的Bacilysin處理銅綠假單胞菌2 h，其細胞嚴重受損，細胞質(zhì)濃縮，發(fā)生質(zhì)壁分離現(xiàn)象[59]。Yoo等[60]從傳統(tǒng)的韓國發(fā)酵食品中分離到的貝萊斯芽胞桿菌 K68可能具有預(yù)防由變異鏈球菌引起的齲齒的用途，該菌株通過產(chǎn)生一種糖代謝酶抑制劑脫氧野尻霉素（Deoxynojirimycin, DNJ）來抑制變異鏈球菌生物膜的形成、粘附和GTF基因的表達。

另外，Moghannem 等[61]和 Mahgoub等[62]分別報道貝萊斯芽胞桿菌 KY498625和貝萊斯芽胞桿菌MHM3能產(chǎn)生胞外多糖EPS，且EPS在非常低的濃度下具有極高的抗癌能力（MCF-7癌細胞），對健康宿主細胞沒有明顯的細胞毒性作用。Meena等[13]研究表明，從一種新的貝萊斯芽胞桿菌菌株KLP2016中提取的脂肽對人宮頸癌細胞Hep2-C顯示出高于90%的細胞毒性。此外，Rehman等[14]從貝萊斯芽胞桿菌RA5401提取的五種化合物對乳腺癌細胞系有抗增殖活性，有兩種通過抑制細胞內(nèi)癌蛋白酶發(fā)揮作用，另外3種通過抑制癌細胞的G蛋白偶聯(lián)受體發(fā)揮作用。

5 展望

化學(xué)合成農(nóng)藥的長期不合理使用導(dǎo)致了環(huán)境中殘留化合物的積累，使致病微生物產(chǎn)生了耐藥性。醫(yī)藥的持續(xù)過度和不當(dāng)使用也使多重耐藥性病原菌株引發(fā)疾病的治療成為醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的難題。貝萊斯芽胞桿菌能夠產(chǎn)生多種生物活性物質(zhì)，其實用價值和應(yīng)用前景引起了廣泛的重視。一些菌株已經(jīng)在生產(chǎn)中得到了一定的應(yīng)用，其基因組和抗菌物質(zhì)等相關(guān)信息也取得了較大的研究進展。但是，目前還存在一些亟待解決的問題：（1）很難從貝萊斯芽胞桿菌的發(fā)酵液中提取或純化生物活性化合物，尤其是新物質(zhì)。這一方面是由于菌株生長條件的次優(yōu)化、提取溶劑的選擇不當(dāng)以及新化合物獲取的難度所影響，而那些低濃度產(chǎn)物的可獲得性更加低下。另一方面，是由于對貝萊斯芽胞桿菌的有益代謝產(chǎn)物的分析方法還存在局限，盡管目前采用的分析方法，如誘變、比較基因組學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)、代謝組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)等，對于表征菌株的生理生化特性和代謝通路起到了積極的作用，但對于如何產(chǎn)生和獲得新的抗生物質(zhì)還存在許多未解之謎。因此，迫切需要使用一些更行之有效的研究方法來解決上述問題，或許多組學(xué)聯(lián)用將能進一步挖掘貝萊斯及其同類芽胞桿菌的應(yīng)用價值，組合生物學(xué)的發(fā)展則為新物質(zhì)的發(fā)現(xiàn)帶來了希望，高產(chǎn)基因工程菌株的構(gòu)建和下游提取工藝的提高是解決貝萊斯芽胞桿菌生物活性物質(zhì)產(chǎn)量較低這一瓶頸問題的主要策略。（2）對貝萊斯芽胞桿菌的生物安全性研究較少，作為其廣泛商業(yè)化和應(yīng)用化的重要前提，翔實的安全評估數(shù)據(jù)必不可少。盡管已經(jīng)獲得了貝萊斯芽胞桿菌的全基因組序列，但目前還缺乏其產(chǎn)生的抗生物質(zhì)對靶標生物的毒性、致病性以及對環(huán)境影響的研究。另外，與化學(xué)合成抗菌劑相比，許多微生物來源的有益抗菌劑在體外檢測時明顯不能優(yōu)于在體內(nèi)所發(fā)揮的作用。因此，對于貝萊斯芽胞桿菌及其抗生物質(zhì)的抗菌效果和應(yīng)用潛力的評估應(yīng)當(dāng)以體內(nèi)效果為準。深入開展貝萊斯芽胞桿菌及其抗生物質(zhì)的體內(nèi)抗菌機理研究和應(yīng)用效果研究有助于推進其商品化和產(chǎn)業(yè)化進程。