芽孢桿菌

芽孢桿菌屬於芽孢桿菌科、芽孢桿菌屬，是一類能產生抗力內生孢子的革蘭氏陽性菌，細胞呈桿狀且外層覆蓋大量的吡啶二羧酸鈣。其皮層位於核心和芽孢殼之間，含豐富的肽聚糖；核心是一種高度濃縮的、惰性的染色體；最外層的外壁為一層肽聚糖壁，且一層或多層的成分為蛋白質的芽孢衣。由於芽孢具有厚而含水量低的多層結構，所以折光性強，對染料不易着色，穩定性好，耐氧化、耐擠壓、耐高温，能長期耐受 60 ℃高温，在温度 120 ℃下能存活 20 min，且耐酸鹼，在胃酸環境中能保持活性，這可能與芽孢獨具的高含量吡啶二羧酸有關。同時還具有廣譜桿菌活性，能產生細菌素，抑制病原菌。目前應用較多的有枯草芽孢桿菌、地衣芽孢桿菌、蠟樣芽孢桿菌等類型 ^[3]  。

芽孢又稱為孢子。最先由Cohn在枯草芽孢桿菌中發現，隨後Koch在炭疽芽孢桿菌中發現並對其進行了描述。Cohn闡述了枯草芽孢桿菌的抗熱性，而Koch則詳細描述了炭疽芽孢桿菌的芽孢形成的週期。由於芽孢形成於細胞內部，所以又被稱為內生孢子，最終孢子要從母細胞或芽孢囊釋放出來 ^[5]  。

芽孢是自然界已經發現的最具耐受性的細胞。處於休眠狀態的芽孢對熱、乾燥、輻射、酸、鹼和有機溶劑等殺菌因子具有極強的抵抗力。芽孢能在不利的環境條件下存活達十餘年，甚至成千上萬年。當環境條件適宜時，芽孢又可萌發形成能夠分裂繁殖的菌體細胞 ^[5]  。

芽孢桿菌在工農業及醫藥生產中均有廣泛應用 ^[6]  。

芽孢桿菌產生的抗菌物質能防治多種植物病害，已有一些芽孢桿菌生防菌株得到商品化或得到有限商品化生產應用許可。蘇雲金芽孢桿菌形成過程中可以產生一種伴孢晶體，它已成為世界上產量最大的微生物殺蟲劑。側孢短芽孢桿菌的一些菌株也能產生晶體蛋白及酶類物質，對於無脊椎生物具有毒性作用。芽孢桿菌具有解磷、解鉀、固氮等生物活性，有利於提高作物產量，而且芽孢桿菌抗逆性好，巨大芽孢桿菌、膠質芽孢桿菌、固氮芽孢桿菌、球形芽孢桿菌、側孢短芽孢桿菌等被廣泛用於生產生物肥料。芽孢桿菌產生的抗菌物質對畜禽具有促生長、保健和治療疾病的作用，屬無毒副作用、無殘留、無致細菌耐藥性的一類環保型製劑。芽孢桿菌產生的抗菌肽的殺菌機制非常獨特，病原菌不易對抗菌肽產生耐藥性，因而抗菌肽作為一種新型飼料添加劑，是目前飼料業的一個新的研發方向 ^[6]  。

芽孢桿菌產生的抗菌物質具有廣譜殺菌活性，對與食品有關的多種革蘭氏陰性菌和陽性菌均有較強的殺菌作用，並且一般具有良好的熱穩定性，可用於防止熱加工食品過程中其他細菌的污染，也可用於防止巴氏殺菌後的再污染，還可用於食品發酵過程中的雜菌污染。另外，部分種類芽孢桿菌產生的L-賴氨酸可用於食品添加劑。芽孢桿菌還可用於發酵食品，我國利用凝結芽孢桿菌低鹽醃漬雪裏蕻 ^[6]  。

利用芽孢桿菌發酵獲得工業生產上需要的高活性、高純度的澱粉酶、蛋白酶的方法在20世紀30年代就開始應用 ^[6]  。

芽孢桿菌產生的抗菌物質一般具有廣泛的抑菌譜，能殺傷包括耐藥菌株在內的細菌、某些真菌、寄生蟲、部分病毒以及腫瘤細胞等，並且有結合脂多糖、中和內毒素等作用，因此引起了科學家和醫務工作者的廣泛關注。芽孢桿菌製備的微生態製劑在治療腸道菌羣失調症、治療念珠菌感染、預防瘡面感染等醫療過程中發揮了重要的作用 ^[6]  。

地衣芽孢桿菌和枯草芽孢桿菌的代謝產物聚-γ-穀氨酸可用於降解塑料，還可作為沙漠保水劑。側孢短芽孢桿菌可以將4-羥基苯甲酸丙酯轉變為龍膽酸。此於處理工業廢水和降解環境中的有毒物質，如多環芳烴、石油、有機磷農藥、有機氯農藥。多黏類芽孢桿菌產生的胞外多糖和胞外蛋白，可用作絮凝劑處理污水 ^[6]  。

芽孢桿菌屬中有許多天然菌株可提供不同的高生物活性基因。枯草芽孢桿菌、短小芽孢杄菌、地衣芽孢杄菌也可作為基因工程受體菌。僅枯草芽孢桿菌就表達出了近200種原核和真核生物來源的蛋白基因。枯草芽孢桿菌無論是在生產上還是在對基因組及物理圖譜的研究中都起着重要作用 ^[6]  。

大多數芽孢桿菌屬細菌是無害的，但有一些對人和動物是有致病性的。蠟樣芽孢桿菌可引起食物中毒，症狀與金黃色葡萄球菌食物中毒相似。一些菌株在食物中可產生耐熱性毒素，該毒素與芽孢萌發有關，在被食入後1~5h出現嘔吐症狀。其他菌株產生不耐熱腸毒素，在食入後10~15h內引起腹瀉。已知蠟樣芽孢桿菌在免疫受損患者可引起菌血症以及其他症狀如嘔吐和腹瀉。炭疽桿菌可引起人和動物炭疽 ^[1]  。