葡糖醋杆菌的研究最新进展

葡糖醋杆菌为周生鞭毛、可运动或无运动性的细菌种群,在乙醇、葡萄糖或醋酸盐作为碳源时生长最佳，如Ga.oboediens菌株能在含30%葡萄糖的培养基上生长，并积累高浓度的葡萄糖酸，而Ga.europae-us和Ga.entanii的生长需要乙酸。葡糖醋杆菌可以从乙醇、葡萄糖、果糖和甘油产酸，还可超氧化乙醇为CO₂和H₂O，依靠培养基中醋酸盐的浓度，决定能否将乙酸盐氧化为CO₂和H₂O。其最适生长pH值为2.5~6.0。其呼吸链包括细胞色素C、辅酶Q和末端辅酶Q氧化酶，有一个完整的TCA循环。其DNA中G+C的含量为56%~67%，以Q10为主要的泛醌类型。葡糖醋杆菌属不同种间的生理生化特征见表1。

葡糖醋杆菌在分类地位上属于变形菌门(Pro-teobacteria)a-变形菌纲(Alphaproteobacteria)红螺菌目(Rhodospirillales)醋酸菌科(Acetobacteraceae)。该属是醋酸菌科中较晚出现的一个属，最早是作为醋杆菌属的一个亚属出现的。1984年，Yamada等建议将可氧化乙酸盐、泛醌类型为Q10的醋酸菌如Ace-tobacter、liquefaciens、A.xylinus等，划人醋杆菌属下的一个亚属中，并命名为葡糖醋杆菌亚属(Glucono-acetobacter)。1997年，Yamada等在进行辅酶Q类型和16S rRNA序列分析的基础上，提出应将葡糖醋杆菌由亚属提升为属，并将原本归属于醋杆菌属。但泛醌类型为Q10的几个种A.liquefaciens、A.di-azotrophicus、A.europaeus、A.hansenii和A.xylinus划归入葡糖醋杆菌属。随后，Yamada等根据国际细菌命名法规(International Code of Nomenclatureof Bacteria，简称ICNB)第64条规则，将葡糖醋杆菌属的名称由Gluconoacetobacter更正为Gluconaceto-bacter。

2000年，Yamada等通过对A.intermedius和A.oboediens菌株的16S rRNA序列进行分析,将这两个种也转人葡糖醋杆菌属中。2005年，Dellaglio等从苹果汁中分离出两株醋酸菌，通过对它们的16S rRNA、DNA-DNA杂交及生理生化特征进行分析，发现这两株菌与葡糖醋杆菌属已发表的11个种均不相同，为两个新种，分别命名为Ga.swingsi和Ga.rhaeticus。2006年，Lisdiyanti等通过对一些醋酸菌16S rRNA、DNA-DNA杂交、DNA碱基组成及表型特征的分析，发现了Ga.saccharivorans和Ga.na-taicola两个新种。2007年，Dutta等从红茶菌中发现了既能产生纤维素、又具有固氮作用的葡糖醋杆菌属另一新种Ga.kombuchae。至此，葡糖醋杆菌属共包括16个种，其中模式种为Ga.liquefaciens。葡糖醋杆菌属16个种的现行分类与1998年前的分类名称见表2。

葡糖醋杆菌属的部分菌株如Ga.xylinus、Ga.intermedius、Ga.swingsi、Ga.rhaeticus、Ga.nata-icola和Ga.kombuchae等能产生细菌纤维素，其中，Ga.xylinus是最常被用来生产细菌纤维素的菌株。与传统由半纤维素和木质素连接而成的植物纤维素相比，细菌纤维素具有纯度高、机械力度强和网孔结构细微等优点，在医学领域(作为伤口愈合皮肤的替代品)、工业应用领域(音频设备的声膜)有着良好的应用前景，还可用作高品质的纸添加剂、增稠剂、绝缘物质、食品稳定剂和可食用纤维等。目前,对细菌纤维素的形成机制、生物化学,遗传学及应用等方面已经展开了较为广泛和深人的研究。

研究表明，不同培养基形成的细菌纤维素形态也不相同。在静态培养基中，Ga.xylinus产生一层厚厚的纤维素膜,覆盖整个培养基表面；而在动态的振荡培养基中，则形成圆球状的纤维素。纤维素合成酶是合成细菌纤维素的关键酶，以UDP-葡萄糖作为底物。Ross等对Ga.xylinus纤维素合成酶的变构调节机制进行了较为彻底的研究，结果发现，环二鸟苷酸对细菌纤维素的生物合成具有调控作用。作为一种变构效应剂，环二鸟苷酸通过激活纤维素合成酶，可使酶的反应效率增加200倍。由葡萄糖发酵产生细菌纤维素的全过程如下:
葡萄糖→葡萄糖6-磷酸-→葡萄糖-1-磷酸→UDP-葡萄糖-纤维素
大部分Ga.xylinus和Ga.intermedius菌株，除了可产生水溶性的纤维素外，还能产生一种水溶性的名为乙酰胶(Acetan)的多聚糖。乙酰胶是一种含有葡萄糖、甘露糖、葡糖醛酸和鼠李糖(摩尔比为4:4:1:1)的杂聚物。研究表明，乙酰胶的形成，似乎对细菌纤维素纤丝的聚合程度及晶状体球蛋白有影响。目前，乙酰胶生物合成途径的多种基因如UDP-葡萄糖脱氢酶、GDP-甘露糖基转移酶等已被分离测序。

葡糖醋杆菌属的Ga.diazotrophicus,Ga.azoto-captans、Ga.johannae和Ga.kombuchae菌株都具有固氮功能。目前对葡糖醋杆菌固氮作用的相关研究主要集中在Ga.diazotrophicus上。Ga.diazotrophicus固氮作用的生物化学和遗传学特性已得到较为彻底的研究。在硝酸盐存在和低pH值时，Ga.diazotrophi-cus才能起到固氮作用。此外，10%的蔗糖对固氮酶的活性具有积极作用，可保护酶复合物的活性，抵制氧的抑制作用。Ureta等研究表明，FeSⅡ蛋白在保护固氮酶抵制氧的抑制过程中也起着重要作用。Ga.diaxotrophicus与甘蔗间的相互关系，对于研究内生植物固氮原核微生物与单子叶植物间的相互关系具有重要意义。

葡糖醋杆菌除可产生细菌纤维素和乙酰胶.具有固氮作用外，在其它方面也有一定的应用价值。一些葡糖醋杆菌属菌株如Ga.europaeus和Ga.entani可参与工业醋特别是高酸度醋的发酵。与植物固氮相关的葡糖醋杆菌属菌株如Ga.diazotrophicus，可增加甘蔗及其它单子叶农作物的产量。此外，由于Ga.diazotrophicus能在天然盐培养基上极好地生长，而且在酸性(pH值3.5)和高浓度葡糖酸存在的条件下，对葡萄糖具有很高的氧化率，因而可进一步研究将其用于葡糖酸的批量生产。

目前，对葡糖醋杆菌的分类鉴定还较为困难，单纯依靠某种单一的分类方法难以将其与醋酸菌区分开来。本实验室曾从红茶菌中分离出一株产纤维素的葡糖醋杆菌，其16S rRNA序列与醋杆菌属及葡糖醋杆菌属菌株的序列相似性均为97%，通过结合其生理生化特性，鉴定为葡糖醋杆菌属菌株。

尽管对于葡糖醋杆菌属水平的鉴定已经较为容易，但对属下种级水平的鉴定仍比较困难。如一些种类的菌株可通过它们在高浓度醋酸盐或葡萄糖培养基上的不同生长特性来区分，但更为准确的鉴定还需16S rRNA序列分析及DNA-DNA杂交分析。以Ga.europaeus 23S rDNA为基础的寡聚核苷酸探针，对于将Ga.intermedius、Ga.europaeus和Ga.xylinus分离开来极为有效。随着分类方法和手段的逐渐完善与发展，结合传统表型鉴定特征、16S rRNA序列分析、DNA-DNA杂交和16-23S ITS区域序列分析等手段，的多相分类方法相信能对葡糖醋杆菌种水平及种水平下菌株的正确分类鉴定起到重要作用。

葡糖醋杆菌是醋酸菌科的一个重要属，与人类关系密切，属下部分菌株能产生细菌纤维素或乙酰胶，而另一些菌株则是植物固氮菌。相信随着研究的深人，葡糖醋杆菌将更广泛地用于多种工业生产领域，具有广阔的应用前景。