劉長(zhǎng)蕾 文宇萍 李冠洋 金 清,

(1. 延邊大學(xué)融合學(xué)院，吉林 延吉 133002；2. 延邊大學(xué)農(nóng)學(xué)院，吉林 延吉 133002)

魏斯氏菌是一種乳酸菌，分布廣泛。其不僅能產(chǎn)生細(xì)菌素、有機(jī)酸等抗菌物質(zhì)，還能產(chǎn)生胞外多糖，因而在醫(yī)藥、食品等行業(yè)的關(guān)注度較高[1]。研究[2]表明，魏斯氏菌能夠縮短食品發(fā)酵進(jìn)程并對(duì)食品風(fēng)味物質(zhì)的產(chǎn)生起到貢獻(xiàn)作用，其中食竇魏斯氏菌和融合魏斯氏菌還具有抑制牙周病的潛力。魏斯氏菌還是一種潛在的益生菌[3]，但有些魏斯氏菌也會(huì)引發(fā)疾病，F(xiàn)laherty等[4]研究案例顯示融合魏斯氏菌會(huì)引發(fā)心內(nèi)膜炎，Liu等[5]從患病的虹鱒魚身上分離出6株魏斯氏菌。研究主要從魏斯氏菌的生物學(xué)特性、耐酸特性、抑菌特性、產(chǎn)胞外多糖特性、益生特性等性質(zhì)進(jìn)行闡述，并對(duì)其應(yīng)用情況進(jìn)行概括，以期為魏斯氏菌的開發(fā)應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 魏斯氏菌的分離鑒定

魏斯氏菌屬于厚壁菌門(Firmicutes)、芽孢桿菌綱(Bacilli)、乳桿菌目(Lactobacillales)、明串珠菌科(Leuconostocaceae)、魏斯氏菌屬(Weissella)[1]。截至目前已被分離和鑒定的魏斯氏菌共有25個(gè)種，分別是獨(dú)魏斯氏菌(Weissellasoli)、Weisselladiestrammenae、Weissellakoreensis、坎氏魏斯氏菌(Weissellakandleri)、大米魏斯氏菌(Weissellaoryzae)、食竇魏斯氏菌(Weissellacibaria)、融合魏斯氏菌(Weissellaconfusa)、Weissellathailandensis、赫倫魏斯氏菌(Weissellahellenica)、類腸膜魏斯氏菌(Weissellaparamesenteroides)、鯨魏斯氏菌(Weissellaceti)、Weissellahalotolerans、綠色魏斯氏菌(Weissellaviridescens)、微小魏斯氏菌 (Weissellaminor)、葡萄魏斯氏菌(Weissellauvarum)、Weissellabeninensis、雁魏斯氏菌 (Weissellafabalis)、Weissellafabaria、Weissellaghanensis[6]、Weissellacryptocerci[7]、Weissellabombi[8]、Weissellajogaejeotgali[9]、Weissellamuntiaci[10]、Weissellasagaensis[11]和Weissellacoleopterorum[12-13]。通過(guò)查詢NCBI網(wǎng)站，利用MAGA軟件構(gòu)建了魏斯氏菌的系統(tǒng)發(fā)育樹(圖1)。

圖1 魏斯氏菌的系統(tǒng)發(fā)育

由于魏斯氏菌與明串珠菌的生物學(xué)特性非常相似，且共同存在于多種發(fā)酵食品中，因此通過(guò)表型難以區(qū)分魏斯氏菌與明串珠菌。Zamudio-Maya等[14]通過(guò)在MRS培養(yǎng)基中加入2,3,5-三苯基氯化四氮唑(TTC)的方式從沿海沼澤沉積物中分離出單一菌落，并根據(jù)菌落表型進(jìn)行分類鑒定，共鑒定出37個(gè)菌落，分屬7種不同的表型，其中魏斯氏菌在2種表型中具有較好的同源性。目前尚未探索出能夠精準(zhǔn)篩選出魏斯氏菌的培養(yǎng)基。

現(xiàn)今許多學(xué)者利用分子技術(shù)對(duì)魏斯氏菌進(jìn)行分類，如核糖體DNA擴(kuò)增片段限制性內(nèi)切酶分析(ARDRA)，隨機(jī)擴(kuò)增多態(tài)性DNA標(biāo)記(RAPD)，擴(kuò)增片段長(zhǎng)度多態(tài)性(AFLP)等技術(shù)[15]。Adesulu-Dahunsi等[16]通過(guò)ITS-PCR和ARDRA技術(shù)，對(duì)植物乳桿菌、戊糖片球菌和融合魏斯氏菌進(jìn)行了區(qū)分，結(jié)果表明ITS-PCR和ARDRA技術(shù)可用于乳酸菌的常規(guī)鑒定和快速區(qū)分。

2 魏斯氏菌的特性

2.1 生物學(xué)特性

魏斯氏菌是一種異型發(fā)酵乳酸菌，其G+C含量為37%～47%，在顯微鏡下呈現(xiàn)不規(guī)則短棒狀，常以成對(duì)或短鏈形式存在，菌落形態(tài)通常表現(xiàn)為微隆起的光滑不透明的白色小圓點(diǎn)(見圖2)[17-20]。魏斯氏菌呈革蘭氏陽(yáng)性、過(guò)氧化氫酶陰性，無(wú)芽孢形成，在兼性厭氧環(huán)境中生長(zhǎng)情況最佳。大部分魏斯氏菌最適的生長(zhǎng)pH為3.0～9.5，最適生長(zhǎng)溫度為30～37 ℃[6,20-21]。魏斯氏菌可發(fā)酵葡萄糖、麥芽糖、蔗糖等糖類，通過(guò)磷酸己糖和磷酸酮酶途徑異型發(fā)酵葡萄糖產(chǎn)生乳酸[1]。并能夠以碳水化合物為發(fā)酵底物來(lái)維持生長(zhǎng)，可產(chǎn)生細(xì)菌素、過(guò)氧化氫、胞外多糖和雙乙酰等生物活性物質(zhì)[15,22-25]。綜上，魏斯氏菌在食品、醫(yī)藥等領(lǐng)域有著巨大的開發(fā)潛力。

圖2 魏斯氏菌的菌落形態(tài)和顯微狀態(tài)[20]

2.2 產(chǎn)酸特性

魏斯氏菌具有良好的產(chǎn)酸特性，有助于提高發(fā)酵制品的品質(zhì)，改善發(fā)酵制品的風(fēng)味。Cennet等[2]從傳統(tǒng)鷹嘴豆發(fā)酵面團(tuán)中分離出大量的融合魏斯氏菌，并發(fā)現(xiàn)它產(chǎn)生的大量丁酸和乙酸乙酯不僅能保持面團(tuán)的特性還能改善面團(tuán)香氣。Lee等[26]對(duì)泡菜的微生物發(fā)酵特性進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)魏斯氏菌能利用丙酮酸和乙酰磷酸發(fā)酵碳水化合物形成乳酸、醋酸、二氧化碳和乙醇，這些物質(zhì)能夠有效改善泡菜的風(fēng)味。Mercha等[27]從摩洛哥駱駝奶中分離出融合魏斯氏菌、食竇魏斯氏菌等菌株，發(fā)現(xiàn)這些菌株均能快速酸化，對(duì)胃液和膽鹽的耐受性均較高，有助于其在乳制品行業(yè)的應(yīng)用。

2.3 抑菌特性

魏斯氏菌發(fā)酵產(chǎn)生的某些抗菌物質(zhì)能夠直接抑制病原菌的生長(zhǎng)，如細(xì)菌素、有機(jī)酸等，還可以通過(guò)與病原菌競(jìng)爭(zhēng)定植位點(diǎn)，調(diào)節(jié)細(xì)菌環(huán)境平衡等方式起到抑菌作用。單核細(xì)胞增多性李斯特菌、金黃色葡萄球菌、沙門氏菌、大腸桿菌等都是較為常見的病原菌，許多研究都將其作為指示菌進(jìn)行抑菌試驗(yàn)。Teixeira等[28]從巴西不同地區(qū)生產(chǎn)的乳制品及生產(chǎn)環(huán)境當(dāng)中分離篩選出26株菌株，其中大多菌株對(duì)常見致病菌表現(xiàn)出拮抗作用，最低抑制率為60%。其中20株菌株能夠通過(guò)有機(jī)酸抑制靶標(biāo)，12株能產(chǎn)生雙乙酰。Yu等[23]對(duì)從泡菜中分離出的2株食竇魏斯氏菌進(jìn)行了益生菌特性及抗菌潛力研究，發(fā)現(xiàn)它們對(duì)常見病原菌也均有較高的抗黏附活性，表現(xiàn)出中等的生長(zhǎng)抑制作用。趙冬兵等[29]從南京板鴨中篩選出1株希臘魏斯氏菌，在pH 2～12時(shí)均有較好的抑菌效果，對(duì)革蘭氏陽(yáng)性菌有明顯的抑制作用，具有作為生物防腐劑的潛力。綜上，魏斯氏菌能通過(guò)抑制細(xì)菌生長(zhǎng)在一定程度上保證食品安全。

細(xì)菌素主要由乳酸菌生產(chǎn)，被認(rèn)為是安全的天然抗菌劑和防腐劑[30]。關(guān)于細(xì)菌素的研究，F(xiàn)usco等[1]進(jìn)行了相關(guān)總結(jié)(見表1)。Tenea等[3]分離出1株產(chǎn)細(xì)菌素菌株——融合魏斯氏菌Cys2-2，發(fā)現(xiàn)其產(chǎn)生的細(xì)菌素對(duì)大腸桿菌、沙門氏菌和志賀氏菌具有明顯的抑制作用，作用機(jī)理為通過(guò)破壞靶細(xì)胞膜的完整性發(fā)揮抑菌作用。Lee等[36]對(duì)食竇魏斯氏菌CMU進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)其對(duì)金黃色葡萄球菌有抑制作用，且能夠改善口腔內(nèi)細(xì)菌環(huán)境，減少牙齦溝的微生物數(shù)量，降低患齲齒的風(fēng)險(xiǎn)，改善口臭，提高整體口腔健康。Xia等[37]從馬糞中分離出的4株融合魏斯氏菌對(duì)馬常用抗生素的敏感性各不相同，但均表現(xiàn)出耐藥性，能成功抑制腸炎沙門氏菌、大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的生長(zhǎng)。Dey等[38]研究發(fā)現(xiàn)融合魏斯氏菌DD_A7能夠限制耐多藥ESBL陽(yáng)性大腸桿菌生長(zhǎng)，且具有減少宿主細(xì)胞中炎癥細(xì)胞因子的能力。這些研究表明魏斯氏菌能夠通過(guò)產(chǎn)生抗菌物質(zhì)，調(diào)節(jié)細(xì)菌環(huán)境，有效抑制致病菌，在食品和醫(yī)藥方面均有著很好的應(yīng)用潛力。

表1 魏斯氏菌細(xì)菌素的類別、名稱、對(duì)細(xì)菌素具有活性的生物體

2.4 產(chǎn)胞外多糖特性

胞外多糖具有凝膠、增稠、乳化等多種功能，還可以用作穩(wěn)定劑[39-40]。魏斯氏菌能產(chǎn)生大量的胞外多糖[41]，但胞外多糖的產(chǎn)量可能會(huì)受到環(huán)境因素的影響。

魏斯氏菌產(chǎn)生的胞外多糖具有良好的黏度、增稠、穩(wěn)定等性能, 因而在食品應(yīng)用中具有良好的前景。Kim等[42]從泡菜中分離出赫侖魏斯氏菌SKkimchi3，其產(chǎn)生的胞外多糖中的β-葡聚糖可以用作安全的食品添加劑。Galli等[22]從鷹嘴豆酸面團(tuán)中分離出1株融合魏斯氏菌Ck15，其產(chǎn)生的胞外多糖能夠提高面團(tuán)的黏度，為提高豆類面粉在烘焙產(chǎn)品中的利用提供了一種潛在的途徑。有學(xué)者研究環(huán)境因素對(duì)胞外多糖產(chǎn)量的影響，以此優(yōu)化胞外多糖制備條件。Hu等[43]研究了溫度對(duì)食竇魏斯氏菌10M產(chǎn)胞外多糖的影響，發(fā)現(xiàn)在20 ℃時(shí)寡糖產(chǎn)量較高，在15 ℃時(shí)葡聚糖產(chǎn)量最大。陳媛等[44]采用響應(yīng)面法對(duì)食竇魏斯氏菌SJ-02產(chǎn)胞外多糖的發(fā)酵條件進(jìn)行優(yōu)化，結(jié)果表明以MRS為基礎(chǔ)培養(yǎng)基，用1.5%大豆蛋白胨替代蛋白胨，同時(shí)菌株接種量為3%、在37 ℃下培養(yǎng)34 h為最優(yōu)條件，產(chǎn)量可提高17%。Lakra等[45]研究發(fā)現(xiàn)食竇魏斯氏菌MD2產(chǎn)生的果聚糖有助于提高線蟲的抗氧化能力和延長(zhǎng)線蟲的壽命，為開發(fā)功能性乳酸菌食品提供了思路。

此外，魏斯氏菌產(chǎn)生的胞外多糖還具有抑菌、益生等特性。姜靜等[46]從自制水果發(fā)酵液中得到高產(chǎn)胞外多糖的融合魏斯氏菌H2，產(chǎn)量為(40.21±3.63) g/L，且產(chǎn)生的胞外多糖具有良好的乳化性、抑菌性能和抗氧化活性。Zhao等[47]發(fā)現(xiàn)融合魏斯氏菌XG-3產(chǎn)生的胞外多糖為葡聚糖，該胞外多糖具有良好的抗氧化活性、熱穩(wěn)定性以及刺激益生菌生長(zhǎng)的能力。Kibarab等[48]研究結(jié)果表明由食竇魏斯氏菌EIR/P2產(chǎn)生的葡聚糖具有抗氧化、抗菌特性，對(duì)生物膜的形成有70%的抑制作用，能提高人類牙周韌帶成纖維細(xì)胞(hPDLFCs)的活力?；谝陨咸匦?，食竇魏斯氏菌EIR/P2產(chǎn)生的葡聚糖有可能成為促進(jìn)牙周愈合和再生的天然藥物。

魏斯氏菌屬在產(chǎn)胞外多糖方面有著突出的表現(xiàn)，對(duì)于食品以及醫(yī)藥方面均有很大的應(yīng)用潛力，但目前對(duì)胞外多糖產(chǎn)量的提高及胞外多糖理化性質(zhì)的研究相對(duì)較少。

2.5 益生特性

益生菌是一類通過(guò)合理攝取后能夠?qū)C(jī)體產(chǎn)生有益作用的微生物，其主要功能是調(diào)節(jié)腸道穩(wěn)態(tài)，保持人體腸道環(huán)境健康[49]。魏斯氏菌因其抗菌活性及對(duì)胃腸道的耐受性，成為一種潛在益生菌[50-51]。

Yu等[52]發(fā)現(xiàn)，食竇魏斯氏菌JW15有較好的胃腸道耐受性，且對(duì)腸上皮細(xì)胞有黏附性，對(duì)病原體具有抑制活性，還能夠通過(guò)提高自然殺傷細(xì)胞(NK)活性增強(qiáng)人體免疫功能，是一種優(yōu)良的益生菌。李文等[53]研究結(jié)果表明綠色魏斯氏菌ZY-6和希臘魏斯氏菌WS-419均顯示出較好的耐酸性和膽鹽耐受性。Kinjal等[54]從不同水果中分離出的2株菌株FX5和FX9能在低pH環(huán)境下存活，且表現(xiàn)出很強(qiáng)的抗菌活性，具有潛在的益生菌特性。Lakra等[55]從發(fā)酵面糊中分離得到的融合魏斯氏菌MD1和食竇魏斯氏菌MD2在人工胃腸道環(huán)境中均表現(xiàn)出較強(qiáng)的生存能力、抑菌活性和抗氧化活性，對(duì)常規(guī)抗生素均無(wú)溶血活性和敏感性。Anandharaj等[56]從發(fā)酵的黃瓜中分離出3株魏斯氏菌，它們能夠降低膽固醇含量。以上研究均說(shuō)明魏斯氏菌具有成為益生菌的潛力。

目前對(duì)魏斯氏菌益生作用的研究和應(yīng)用相對(duì)較少，但現(xiàn)有研究表明魏斯氏菌是一種潛在的益生菌，存在很大的研究空間。

2.6 其他

Li等[57]研究發(fā)現(xiàn)綠色魏斯氏菌ZY-6具有解毒性，可以通過(guò)吸附去除3種蔬菜和水果汁中69.45%～79.91% 的鎘，因此綠色魏斯氏菌ZY-6可作為環(huán)境、人類飼料和動(dòng)物飼料中鎘的有效生物吸附劑。農(nóng)藥的過(guò)度使用會(huì)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)以及人類健康造成影響，Hamoud等[58]探究了融合魏斯氏菌對(duì)毒死蜱農(nóng)藥的耐受力和降解能力，該菌株對(duì)200 μg/mL毒死蜱的耐受性良好，在含不同濃度毒死蜱的無(wú)葡萄糖MRS培養(yǎng)基中能夠顯著生長(zhǎng)。該菌株還能夠耐受胃腸道環(huán)境，對(duì)病原菌有較好的抑菌活性，對(duì)毒死蜱農(nóng)藥具有解毒作用。Lee等[59]發(fā)現(xiàn)食竇魏斯氏菌生物轉(zhuǎn)化的乳清蛋白顯著降低了3T3-L1細(xì)胞中甘油三酯的積累。魏斯氏菌不僅在食品和醫(yī)藥上有著良好的前景，在農(nóng)業(yè)等方面的研究前景也非常廣闊。

3 魏斯氏菌的組學(xué)研究

隨著技術(shù)的發(fā)展，人們利用組學(xué)技術(shù)對(duì)菌株進(jìn)行了更加深入的分析。截至2021年10月，完成全基因組測(cè)序并上傳至NCBI網(wǎng)站的魏斯氏菌菌株有23種，基因組大小多數(shù)在2 Mb左右，GC含量為37%～47%，蛋白質(zhì)基因數(shù)量為1 000～3 000。

Wang等[60]從人類糞便中分離和純化了31個(gè)菌株，利用基質(zhì)輔助激光解吸電離飛行時(shí)間質(zhì)譜(MALDI-TOF MS)和16S rRNA基因測(cè)序相結(jié)合的方法進(jìn)行鑒定，對(duì)獲得的菌株進(jìn)行一系列試驗(yàn)，最終篩選出3株潛在的益生菌菌株，鑒定為融合魏斯氏菌。Mun等[61]通過(guò)基因組學(xué)對(duì)W.koreensisSK菌株的表型和基因組特征進(jìn)行了鑒定，發(fā)現(xiàn)W.koreensisSK可以利用精氨酸替代碳源來(lái)獲取能量。M?nberger等[62]對(duì)食竇魏斯氏菌菌株92的基因組進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)了與低聚木糖、阿拉伯低聚糖和β-葡萄糖苷酶運(yùn)輸、水解和代謝相關(guān)的基因簇。Jeong等[63]對(duì)W.koreensis進(jìn)行了基因組學(xué)、代謝組學(xué)和轉(zhuǎn)錄組學(xué)的分析，發(fā)現(xiàn)W.koreensis對(duì)萬(wàn)古霉素具有內(nèi)在抗性，并含有潛在的溶血素基因。Quattrini等[64]對(duì)23個(gè)食竇魏斯氏菌和7個(gè)融合魏斯氏菌的基因組進(jìn)行了比較分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)它們沒(méi)有專門的致病基因，這項(xiàng)研究對(duì)今后魏斯氏菌的開發(fā)與利用提供了良好的依據(jù)。

利用各種組學(xué)手段對(duì)魏斯氏菌進(jìn)行研究能夠更加深入地解析其生理和代謝機(jī)制，挖掘出與耐酸、抑菌、產(chǎn)胞外多糖等重要性狀相關(guān)的功能基因，為魏斯氏菌的高效利用和規(guī)模化生產(chǎn)提供幫助。

4 魏斯氏菌的應(yīng)用

魏斯氏菌是重要的發(fā)酵菌種，可用于各種發(fā)酵蔬菜、奶酪、醬油、發(fā)酵魚制品的生產(chǎn)，在食品領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價(jià)值。Benhouna等[30]將分離出的融合魏斯氏菌W4應(yīng)用到酸奶發(fā)酵生產(chǎn)中，發(fā)現(xiàn)酸奶的凝乳質(zhì)地得到了改善，且表現(xiàn)出與工業(yè)添加劑相同的效果。徐亞洲等[65]在滅菌后的泡菜原材料中接種了食竇魏斯氏菌NCU034005，發(fā)現(xiàn)該菌能使發(fā)酵泡菜具有獨(dú)特的風(fēng)味，且與自然發(fā)酵泡菜風(fēng)味差異顯著，可作為泡菜風(fēng)味改良的菌種。曲紅葉等[66]通過(guò)溫度梯度馴化和添加相容性溶質(zhì)馴化，獲得了可耐低溫的護(hù)色食竇魏斯氏菌，制備出高活力的直投式護(hù)色食竇魏斯氏菌產(chǎn)品，可應(yīng)用在低溫腌制肉制品中。這些研究為魏斯氏菌在食品方面的應(yīng)用提供了強(qiáng)有力的支持，將魏斯氏菌作為發(fā)酵劑應(yīng)用到食品中，除了能夠縮短發(fā)酵進(jìn)程，提高食品風(fēng)味以外，還可作為食品添加劑和功能性食品對(duì)其進(jìn)行開發(fā)。

魏斯氏菌在醫(yī)藥方面也有著良好的應(yīng)用潛力。融合魏斯氏菌DD_A7具有在宿主細(xì)胞中減少炎癥細(xì)胞因子的能力[33]，Kibarab等[48]研究表明食竇魏斯氏菌EIR/P2產(chǎn)生的胞外多糖為葡聚糖，50 mg/mL的葡聚糖表現(xiàn)出殺菌效果，對(duì)生物膜的形成有70%的抑制作用。此外，通過(guò)MTT分析發(fā)現(xiàn)葡聚糖在提高人牙周膜成纖維細(xì)胞分化能力方面有一定功效。結(jié)合2.4中提到的研究結(jié)果可知，食竇魏斯氏菌有抗氧化、降低膽固醇、抑菌、改善口腔健康等功能。這些研究為魏斯氏菌在醫(yī)藥方面的應(yīng)用提供了強(qiáng)有力的支持。

5 結(jié)語(yǔ)

魏斯氏菌具有多種生物學(xué)特性，因而成為食品、醫(yī)藥等領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。近年來(lái)，對(duì)于魏斯氏菌的研究多集中于分離鑒定、所產(chǎn)成分的特性分析和制備條件優(yōu)化，對(duì)于耐酸、抑菌、產(chǎn)胞外多糖等相關(guān)功能基因的研究鮮有報(bào)道，魏斯氏菌作為潛在益生菌在實(shí)際應(yīng)用開發(fā)方面仍有很大的空間。后續(xù)可以通過(guò)基因組學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)以及多組學(xué)聯(lián)用的方法深入地研究相關(guān)功能的基因及機(jī)制。