重金属胁迫下的微生物代谢组学研究进展

微生物的代谢活动易受到环境变化的影响,当环境中存在重金属污染时微生物会通过调节代谢降低自身所受的重金属的毒害。本文通过微生物代谢组学研究探讨重金属胁迫下微生物代谢活动的响应情况,介绍了微生物代谢组学的相关技术和方法,对其应用进行说明;基于重金属对微生物细胞的毒害作用,对重金属胁迫下微生物代谢组学的相关内容进行综述,发现在重金属胁迫下,微生物可以通过增加代谢活动进而产生更多的代谢物质来响应重金属的胁迫,其中微生物产生的胞外聚合物、草酸和柠檬酸等代谢物在微生物响应重金属胁迫中具有重要作用。微生物通过产生相应代谢物不仅使自身可以在重金属胁迫下生存,这些代谢物还可以使环境中重金属有所减少,这对于利用微生物资源修复重金属污染具有重要意义。     

盐水球菌Salinicoccus ventosaetal B2-3-5的代谢产物分析及其抑制酪氨酸酶活性的机制

[背景] 酪氨酸酶是黑色素合成过程中的关键酶,也是引起人体色素障碍性疾病和产生果蔬酶促褐变的主要原因。目前,酪氨酸酶抑制剂的开发已引起广泛关注,但一些酪氨酸酶抑制剂如熊果苷、曲酸等均存在一定的安全隐患。微生物资源丰富且具有许多优点,从微生物中寻找特异性强、高效的酪氨酸酶抑制剂已成为该领域研究的热点。[目的] 通过测定分离自新疆乌鲁木齐达坂城盐湖的盐水球菌Salinicoccus ventosaetal B2-3-5和B6-1-4代谢物提取物对酪氨酸酶活性的影响,比较2株菌发酵过程中代谢物的差异,了解所筛选菌株B2-3-5抑制酪氨酸酶活性的机制。[方法] 以曲酸为阳性对照分别测定B2-3-5和B6-1-4这2个菌株发酵产生的代谢物提取物对蘑菇酪氨酸酶的抑制活性;应用LC-MS代谢组学方法检测2株菌在相同条件下产生的所有代谢物质;采用单变量、多元变量、正交偏最小二乘判别分析（Orthogonal Partial Least Squares-Discrimination Analysis,OPLS-DA）法识别差异代谢物;利用层次聚类分析（Hierarchial Cluster Analysis,HCA）法对识别的差异物进行聚类分析;通过Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes （KEGG）代谢通路对比法分析这些差异代谢物主要参与的代谢途径。[结果] 菌株B2-3-5代谢物提取物对蘑菇酪氨酸酶二酚酶活性的抑制率为67%,其IC₅₀为0.277 mg/mL,同属菌株B6-1-4代谢物提取物则对酪氨酸酶无抑制活性。采用代谢组学的检测方法从2株菌的代谢物中筛选出63个差异代谢物,其中氨基酸类化合物、维生素类化合物和羧酸类化合物的种类及相对含量均是B2-3-5菌株明显高于B6-1-4菌株。通过代谢途径分析发现这些差异代谢物主要参与15个代谢通路,其中维生素B6生物合成通路的影响较为显著。[结论] 推测B2-3-5菌株可能是通过增加一些氨基酸类、维生素类及羧酸类等小分子化合物的含量来抑制酪氨酸酶活性。维生素B6代谢途径的上调也表明菌体细胞可通过产生维生素B6与酪氨酸酶中的必需氨基作用或清除酶催化循环过程中产生的活性氧自由基（reactive oxygen species,ROS）来抑制酪氨酸酶活性。