链霉菌GH90产紫色色素的代谢特性及其在抗菌纺织品中的应用研究

《BMC Microbiology》：Streptomyces zaomycetitus strain GH90: a source of violet pigment with metabolic profiling and potential application in textile: in vitro supported by in silico studies and molecular docking

本研究针对合成染料的环境污染问题，从埃及土壤中分离鉴定了一株新型链霉菌S. zaomyceticus GH90，通过发酵条件优化获得高稳定性紫色色素。LC-MS分析显示色素含吲哚、紫花苷等活性成分，对纺织品染色表现出优异的色牢度和抗菌性（对金黄色葡萄球菌抑制率58.6%），分子对接证实其与OMPA/OprD蛋白的高亲和力，为开发绿色纺织染料提供了新策略。

　　

在纺织、食品和化妆品行业广泛使用合成染料的今天，这些化学染料带来的环境污染和健康隐患日益凸显。合成色素不仅可能对人体大脑、肾脏、肝脏等重要器官造成损害，还会影响免疫、生殖及呼吸系统功能。因此，开发安全、可持续的天然色素替代品成为当务之急。微生物色素因其生产周期短、培养条件可控、色彩丰富且环境友好等优势，被视为理想替代方案。其中，放线菌尤其是链霉菌属（Streptomyces）因其强大的次级代谢能力，已成为天然色素开发的重要资源。

在此背景下，埃及国家研究中心的Gehad H. El Sayed团队从埃及多个农业区的土壤样本中分离出一株能产生紫色色素的新型链霉菌株，编号GH90。研究人员通过形态学、化学分类学和16S rRNA基因测序将其鉴定为Streptomyces zaomyceticus GH90（基因登录号OQ146749.1），并系统优化了其紫色色素的发酵生产条件。该研究不仅评估了色素在纺织品染色中的应用潜力，还通过代谢组学分析和分子对接模拟揭示了色素的生物活性机制，相关成果发表于《BMC Microbiology》（2025年第25卷）。

在研究过程中，作者主要采用了以下几类关键技术方法：首先通过选择性培养基从埃及不同省份的土壤样本中分离放线菌，结合形态观察与分子鉴定（16S rRNA测序）确定菌种；随后利用单因素实验优化发酵参数（pH、温度、转速、碳氮源等）；色素提取采用乙醇溶剂法，并通过紫外-可见光谱（UV-Vis）、液相色谱-质谱联用（LC-MS）和气相色谱-质谱联用（GC-MS）进行成分解析；在应用层面，对棉、羊毛、涤纶等五种织物进行染色测试，评估色牢度、紫外线防护因子（UPF）及抗菌性能；最后通过分子对接（AutoDock Vina）模拟色素主要成分吲哚与细菌外膜蛋白OMPA（PDB:1BXW）和OprD（PDB:3SY7）的相互作用。

研究结果

菌株鉴定与发酵优化

通过16S rRNA系统发育分析，菌株GH90与Streptomyces zaomyceticus的同源性高达99–100%，且形成独立进化支。研究确定其最佳产色素条件为：pH 8.0、温度37°C、转速180 rpm、淀粉浓度1.5%、硫酸铵为氮源、磷酸氢二钾为磷源、接种量2%、培养基装液量20%（250 mL锥形瓶）、发酵时间10天。在此条件下，色素产量显著提升。

色素特性分析

乙醇提取的紫色色素在580 nm处有特征吸收峰，热稳定性实验显示其在40–100°C范围内色素保留率均高于91%（50°C时达98.7%），pH 8.0时水溶液稳定性最佳。LC-MS鉴定出吲哚（indole）、莨菪亭（scopoletin）、杨梅酮（myricetin）等多种活性成分，GC-MS进一步检测到41种硅烷化衍生物，包括双糖类物质（麦芽糖、甘露二糖）和有机酸。

纺织品应用性能

染色织物的色强度（K/S值）以棉（16.25）和聚酰胺（16.88）最高，且棉布的色差（△E*）最显著（27.31）。色牢度测试显示，所有织物在碱性汗渍条件下的牢度均达4–5级（1–5级标准），光照牢度最高为聚酰胺（6–7级）。UPF测试表明，色素浓度2%时聚酰胺的紫外线防护因子可达78.19，属“卓越防护”级别。抗菌实验中，染色棉布对大肠杆菌（Escherichia coli）抑制率最高（73.81%），聚酰胺仅对伤寒沙门氏菌（Salmonella typhi）有抑制（25.22%）。

分子对接与ADME预测

吲哚与OMPA的结合能为-6.4 kcal/mol，与OprD为-5.2 kcal/mol，主要通过疏水作用、π-π堆积和氢键（如与酪氨酸Tyr72）实现稳定结合。ADME分析显示吲哚具有良好脂溶性（Log P=1.98）、口服生物利用度（0.55）及血脑屏障穿透性，但可能抑制CYP1A2酶，提示其在药物开发中需注意代谢相互作用。

结论与意义

本研究首次报道了Streptomyces zaomyceticus GH90产紫色色素的综合特性及其在功能性纺织品领域的应用潜力。该色素不仅具备优异的热稳定性和染色效果，还通过抗菌活性与UV防护功能实现了多效合一。分子层面揭示的吲哚与细菌外膜蛋白高亲和力机制，为后续设计基于微生物色素的抗菌材料提供了理论依据。该成果不仅为绿色染料开发提供了新资源，也拓展了微生物色素在生物医学和纺织工业的应用场景。