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奇球菌属(Deinococcus)是一类极端环境微生物,该属细菌都不产生孢子,不具有运动性,多为球状或者杆状,菌落颜色呈红色至橘红色,生长最适温度在30℃到37℃之间。该属多数细菌不但能够对引起细胞致死效应的辐射有极强抵抗能力,而且还能忍受强烈的高温、干燥、低温、氧化剂等极端环境。其独特的耐受机制还不十分清楚。我们的前期研究表明,耐辐射奇球菌(Deinococcus radiodurans,简称DR)中的类胡萝卜素物质参与了菌体的氧化抗性等机制。
类胡萝卜素通常是指C40的碳氢化合物和它们的氧化衍生物两大类色素,普遍存在于光合细菌、藻类、植物和部分非光合细菌中。约有10%的类胡萝卜素是维生素A的前体。同时类胡萝卜素可清除自由基、具有增强免疫功能、预防肿瘤等功能。目前利用微生物发酵合成已成为制备天然类胡萝卜素主要的手段之一,DR作为一种原核微生物,生产工艺简单,发酵时间短,破碎提取容易,同时最优培养基配方的类胡萝卜素产量又很高,这为微生物法发酵制取天然类胡萝卜素提供了一种新的菌种资源,也为利用DR工业化生产类胡萝卜素提供了实验基础。奇球菌属其他菌种如Deinococcus radiopugnans(简称DRP),同样抗辐射、耐氧化,菌体含有色素类物质,但是其菌体中的类胡萝卜素物质研究甚少。我们从DRP中提取了类胡萝卜素物质并对其提取、纯化、特性、抗氧化活性等进行了研究。
1.分离提取了DRP中类胡萝卜素物质,高效液相色谱法(HPLC)通过多种条件对其组成进行分析和比较,得出相同条件下DRP的类胡萝卜素粗提物与DR类胡萝卜素主要产物相似,其中有些产物峰不同,这也是我们要研究的重点;同时对两种菌株类胡萝卜素产量进行比较,发现在实验室条件下DRP类胡萝卜素提取率约为DR的四倍,这可能为微生物法发酵制取天然类胡萝卜素提供了一种更优质的菌种资源,为促进其类胡萝卜素的利用提供了基础。
2.通过硅胶柱和薄层层析技术对类胡萝卜素粗提物进行了进一步分离纯化,并对纯化效率和特性进行了研究。从中发现DRP类胡萝卜素主要产物纯化效率只有4%左右,而DR类胡萝卜素主要产物纯化效率可达25%。因此,运用硅胶柱纯化类胡萝卜素过程中DRP的纯化效率相对较低,需要其他手段提高对DRP产物的纯化效率。
3.本文研究了DRP类胡萝卜素粗提物和纯化的产物的抗氧化能力,并与DR类胡萝卜素进行了比较。通过体外活性实验,研究了两种菌中类胡萝卜素粗提物和纯化产物的活性并对其进行了比较分析;通过细胞水平实验研究了DRP类胡萝卜素纯化产物对过氧化氢引起的细胞损伤的抑制作用。结果表明,DRP能够有效的清除活性氧自由基。研究中还发现两种菌类胡萝卜素提取物的抗氧化活性有一定的差异,Fenton法测清除羟自由基和化学发光法测清除超氧自由基实验中发现DRP类胡萝卜素提取物相较于DR有更强的自由基清除能力,细胞水平实验研究发现DRP类胡萝卜素对过氧化氢造成的细胞损伤有一定的抑制作用,且浓度达到2.5μg/ml时DRP类胡萝卜素纯化产物有着相对更强的过氧化氢细胞损伤抑制作用。