北冰洋产多糖细菌多样性及多糖特性

Bacterial polysaccharides have been more and more widely applied in field of chemical, medicinal and food industry due to their security, characteristic and fermentation technics. Because of the extreme climate in the Arctic Ocean, some of the bacteria are able to produce polysaccharides with special properties in order to live against extreme environmental stress and uptake nutrients. . In this subject, polysaccharide-producing bacteria from the Arctic Ocean would be screened by Congo red dish and colony drawing, the diversity of the polysaccharide-producing bacteria would be investigated. Viscosity, emulsifiability, flocculability, immunomodulating activity and application potential of the polysaccharides would be evaluated respectively. Then, the functional polysaccharides would be isolated by ethanol precipitation, ultra filtration, ion exchange chromatography and gel filtration, and the homogeneous polysaccharide fractions would be obtained. Finally, the structure of the functional factions would be analyzed by GC, GC-MS, NMR, and IR successively. . In short, diversity of polysaccharide-producing bacteria in Arctic Ocean, function and structural characteristics of the polysaccharides will be investigated, and it will improve the exploitation of polysaccharides-producing bacteria from extreme marine environment, and also afford a scientific base for improvement of physical and biological properties by optimization of genetic pathway or chemical modification, in order to expand its application.

细菌多糖因其安全性、理化特性与生产工艺在化工、食品、医药等行业的应用日趋广泛。北冰洋极端的地理气候，迫使某些细菌产生性能与结构各异的多糖类物质，以抵御极端环境胁迫或协助摄取营养。本项目拟以不同经纬度、不同深度北冰洋沉积物样品为载体，（1）以刚果红平板和菌落拉丝效果评价为筛选策略，开展北冰洋产多糖细菌的筛选与多样性分析，选育多糖高产菌株；（2）以粘度、假塑性、乳化性、絮凝性、免疫激活能力为评价手段，分析高产株所产多糖的功能及其应用价值；（3）以超滤、离子交换层析、凝胶层析为纯化方法，分离纯化功能性多糖，制备均一组分；（4）以气相、气质联用、核磁共振和红外光谱为主要表征手段，解析功能性多糖的化学结构。北冰洋产多糖细菌多样性及多糖的功能与结构特性研究将拓展极端海域产多糖细菌资源的开发，同时也为日后通过遗传途径改造、化学结构修饰来提升多糖性能、改善多糖活性、拓展应用领域提供科学依据。

研究深海极端环境中产多糖细菌多样性及多糖特性，通过菌种多样性分析、多糖性能评价与结构表征，开发深海极端环境中多糖类物质资源，并阐明其功能与结构特性，具有重要的科研价值和良好的应用前景。本研究首先基于13种北冰洋海洋沉积物样品，采用不同种类培养基在不同温度条件下进行分离筛选，共计筛获海洋细菌606株。对分离获得的株菌进行复筛获得122株产多糖细菌，通过16SrDNA序列分析对功能细菌进行了种属判定和多样性分析，结果表明在北冰洋地区产多糖细菌主要有假单胞菌属、芽孢杆菌，也有少部分属于鞘氨醇单胞菌属。以陆地环境样品为基础筛获了一株产高粘性多糖胶的细菌Y4AB-2，并围之开展多糖胶的理化特性、化学结构以及二元菌群产胶生理学的研究。在低氮高碳条件下，细菌在氮源消耗殆尽时，该细菌会迅速通过自身代谢调节，停止生物质（Biomass）的合成，并启动多糖的合成，理化特性测试显示该菌所产多糖胶具有良好的粘度和抗剪切能力，结构分析显示该多糖胶分子量高达2000KDa，主要由葡萄糖、半乳糖组成，比例约为7比1。此外，二元菌群发酵分析表明，二元菌群发酵所产多糖的粘度显著高于单菌发酵所产多糖的粘度，通过多糖含量、单糖组成、分子量以及发酵过程分析，结果表明两种情况下发酵所产多糖在含量及单糖组成上差异不大，而二者发酵所产多糖的分子量相差2~3倍，是二者粘度差异显著的主要原因。由此可见，二元菌群发酵时，Y4AB-1的存在对Y4AB-2发酵产多糖存在一定的促进作用，能够促使Y4AB-2多糖分子量的延伸，从而生产分子量和粘度更高的多糖分子，其促进分子机制将是进一步研究的重要方向。本项目的研究拓展了我们对极地海域产多糖胶细菌的储备，并表征了功能性多糖的化学结构，明确了二元菌群在多糖胶合成方面的优越性，具有重要的科学价值，并对粘性多糖胶的微生物合成具有指导意义。