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海藻糖原理及性质

阅读次数：1859 发布时间：2018/3/12 10:14:44

海藻糖是一种非还原性天然二糖，在真菌、水藻、苔藓和无脊椎动物等等中广泛存在。海藻糖有一个别名叫做“生命之糖”，性质稳定，耐热耐酸，还有抗腐蚀性。作为保健品，海藻糖被认为有改善骨质疏松和抗辐射的作用，而且在2017年的《自然通讯》杂志上，还有研究人员发表研究，发现海藻糖可以清除动脉粥样硬化的斑块，保护心血管（《自然》子刊：科学家发现海藻糖新用处！激活巨噬细胞，治疗动脉粥样硬化 | 科学大发现）。

而作为一种合法的食品添加剂，它首先因为甜度仅有蔗糖的45%而成为一种甜味剂，在奶粉、巧克力、果冻和冰淇淋等食物中都可以添加。其次因为性质稳定，在食品加工过程中添加，可以延长食品的保质期，抑制蛋白质变性，对于油炸食品和肉类制品等脂肪含量较高的，添加海藻糖可以抑制脂肪酸化，保持食物风味。这也意味着，海藻糖的应用是非常广泛的，可能在我们不注意的时候，就已经悄悄进入我们的肚子中了。

从营养学和毒理学的角度来看，海藻糖没有任何问题，但是麻烦就麻烦在，一些艰难梭菌喜欢以海藻糖为食，比如RT027和RT078两种菌株。RT027的产毒素能力是其他类型艰难梭菌的十几倍甚至几十倍，30天内死亡率超过5%；RT078虽然比RT027的产毒力稍弱，但还是高于其他艰难梭菌，易感人群年龄较低，疾病严重度和死亡率相似。

研究人员发现，在低浓度（10mM）的海藻糖培养基中，RT027和RT078都可以生长得很好，而大部分其他的艰难梭菌需要的海藻糖的浓度大约要5倍以上。这表明，低浓度的海藻糖就足够被RT027和RT078利用，保证它们的生长繁殖。

同样是艰难梭菌，它们两个怎么这么特殊？研究人员在这次的研究中也探究了原因所在。首先对于RT027来说，有一种酶，TreA是代谢海藻糖所必需的，TreA的量与RT027代谢海藻糖的能力是正相关的。实验发现，仅仅50μM的海藻糖就足够让TreA大量表达，相较于其他类型艰难梭菌所需的50mM，这其中有1000倍的浓度差！

研究人员发现，这种差距是RT027携带的遗传变异导致的。艰难梭菌有一个转录抑制因子TreR，它能与海藻糖结合，从而抑制TreA酶的表达，TreA酶少，代谢海藻糖的能力也就没那么强，普通的艰难梭菌就是这样的。但是RT027的TreR中，一个氨基酸从亮氨酸变成了异亮氨酸，TreR的功能产生障碍，TreA酶的表达就“脱缰”了，大量的TreA酶使得RT027代谢海藻糖的能力大幅度上升，即使是很低浓度也不在话下。

而RT078能代谢低浓度海藻糖的原因和RT027还不太一样，RT078不存在这种遗传变异，但是所有的RT078菌株的基因序列中都有一组包含四个基因的基因簇的插入。这四个基因中有一个是可以特异性代谢海藻糖的磷酸转移酶系统（PTS）中的一个转运蛋白的编码基因，研究人员发现，这个转运蛋白的存在正是让RT078能在10nM浓度的海藻糖中生长的原因。

当然，对海藻糖的利用能力是一方面，更重要的是细菌的杀伤力会不会也有所提高呢？实验证明，会的。研究人员将人的肠道微生物移植给了小鼠，又通过基因改造得到了TreA缺陷的RT027菌株，用这些菌株和正常的RT027菌株分别感染小鼠，然后在它们的饮用水中加入5mM浓度的海藻糖，发现小鼠的死亡率相差悬殊，缺陷组小鼠有33.3%，而正常组达到了78.6%！果然很毒啊。在感染48小时后，研究人员发现两组小鼠的细菌荷载量其实并没有什么差异，但是毒力检测显示，正常RT027菌株产生的毒素的水平明显高于TreA缺陷菌株。

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