通过工程改造的黑色壳针菌（Aureobasidium melanogenum V33）生产甘露醇-利亚莫辛（mannitol-liamocin）及其对变形链球菌（Streptococcus mutans）的抑制作用

《Biochemical Engineering Journal》：The production of mannitol-liamocin by the engineered Aureobasidium melanogenum V33 and its anti- Streptococcus mutans activity

口腔链球菌生物膜抑制与基因工程产表面活性素真菌研究。通过基因编辑技术优化产表面活性素真菌V33，利用单甘露醇头利阿莫辛（M-liamocin）显著抑制变形链球菌生物膜形成，其最小抑菌浓度为2.5 mg/mL，杀菌浓度为6.0 mg/mL，通过破坏细胞膜完整性、抑制胞外多糖和有机酸生成发挥协同杀菌作用。

　　牙齿龋坏是一种普遍的健康问题，对口腔和全身健康造成严重影响。目前，治疗牙齿龋坏的方法面临诸多挑战，包括无法彻底清除致病菌及其生物膜、抗生素导致的耐药性等问题。因此，寻找一种新型、高效且安全的抗菌物质成为研究热点。近年来，一些天然产物和生物合成物质被发现对口腔细菌具有良好的抑制作用，其中liamocin因其对Streptococcus mutans（变形链球菌）的强效抑制活性而受到关注。

变形链球菌是牙齿龋坏的主要致病菌之一，其通过产生酸性代谢产物、形成生物膜以及利用蔗糖合成不溶性葡聚糖等机制，对牙齿造成破坏。生物膜的形成使得细菌更难以被抗生素清除，同时也为细菌提供了稳定的生存环境，维持了口腔内的酸性条件。因此，针对变形链球菌的生物膜进行干预，成为预防和治疗牙齿龋坏的重要策略。在众多可能的干预手段中，liamocin作为一种由Aureobasidium属真菌产生的天然产物，展现出独特的抗菌潜力。

liamocin的结构通常由一个单一的头基（如甘露醇、阿拉伯醇等）与多个酯基尾链连接而成，这种结构使其能够有效作用于变形链球菌。然而，现有研究中，由Aureobasidium pullulans产生的liamocin通常为混合物，包含多种头基的衍生物，这限制了其在特定抗菌应用中的效果。相比之下，Aureobasidium melanogenum的一些菌株及其基因工程改造株能够仅产生甘露醇或阿拉伯醇头基的liamocin，且产量较高。例如，基因工程改造菌株V33能够生产高达70.9 ± 2.0 g/L的liamocin，并且其细胞质量也达到31.6 ± 0.7 g/L，显示出良好的生产潜力。

本研究的重点在于探索liamocin对变形链球菌的抑制机制，并进一步优化其生产条件以提高其抗菌效果。通过基因编辑技术，研究人员对V33菌株进行了改造，使其能够生产仅含单一头基的liamocin。其中，含有甘露醇头基的M-liamocin展现出比含有阿拉伯醇头基的A-liamocin更强的抗菌活性。具体而言，当M-liamocin的浓度达到1.25 mg/mL时，可以抑制近一半的变形链球菌生物膜；而当浓度达到5.0 mg/mL时，生物膜的形成则被完全阻断。此外，M-liamocin的最小抑制浓度（MIC）和最小杀菌浓度（MBC）分别为2.5 mg/mL和6.0 mg/mL，进一步表明其具有良好的抗菌效果。

值得注意的是，M-liamocin不仅能够有效抑制变形链球菌的生物膜形成，还能显著减少其细胞外多糖和酸的产生。这种作用机制可能与liamocin对细菌细胞膜的破坏有关，导致细胞内容物外泄，细胞膜通透性增加，细胞表面结构受损，最终引发细菌细胞的坏死。同时，liamocin还可能通过干扰细菌的代谢过程，影响其生存环境，从而达到抗菌效果。这种多靶点的作用方式，使得liamocin在抗菌过程中具有更高的选择性和安全性，因为它主要针对变形链球菌，而不会影响口腔中的正常菌群。

此外，本研究还发现，通过优化培养基中的碳源，可以进一步提高liamocin的产量。例如，在以果糖为唯一碳源的培养基中，V33菌株能够生产高达39.3 ± 1.0 g/L的M-liamocin，这比传统的培养基中使用的碳源如葡萄糖等所产生的liamocin产量更高。这一发现不仅有助于提高liamocin的生产效率，也为其在实际应用中的大规模生产提供了理论依据。

从应用角度来看，M-liamocin具有广阔的发展前景。由于其对变形链球菌的强效抑制作用，M-liamocin可以作为口腔抗菌剂，用于预防和治疗牙齿龋坏。相比传统的抗生素，M-liamocin不会导致耐药性问题，同时其对正常口腔菌群的干扰较小，因此在临床应用中具有更高的安全性和可行性。此外，M-liamocin的制备过程相对简单，且可以通过基因工程手段进一步优化，使其在实际生产中更具经济性和可持续性。

然而，尽管M-liamocin在实验室条件下展现出良好的抗菌效果，其在实际应用中的稳定性、安全性以及生物相容性仍需进一步研究。例如，liamocin在口腔环境中的降解情况、是否会对人体组织产生不良影响、以及是否能够长期维持其抗菌活性等问题，都是未来研究需要关注的重点。此外，liamocin的制备成本和生产规模也是影响其临床应用的重要因素。因此，需要在保证抗菌效果的前提下，进一步降低生产成本，提高其在实际应用中的可行性。

从研究方法的角度来看，本研究采用了先进的基因编辑技术，通过敲除关键基因（如MPDH和MtDH）来调控liamocin的头基组成。这种方法不仅提高了liamocin的纯度，还增强了其抗菌活性。同时，通过优化培养基中的碳源，研究人员成功地提高了liamocin的产量，这为大规模生产提供了可能。此外，研究还结合了多种实验手段，如生物膜形成实验、细胞膜通透性检测、细胞形态观察等，全面评估了M-liamocin的抗菌效果及其作用机制。

综上所述，M-liamocin作为一种新型的抗菌物质，具有较高的抗菌活性和良好的应用前景。其对变形链球菌的抑制作用不仅体现在对生物膜的破坏，还体现在对细菌代谢过程的干扰。通过基因工程手段优化其生产条件，可以进一步提高其产量和纯度，从而为临床应用提供更加有效的抗菌剂。未来的研究可以进一步探索M-liamocin在实际应用中的稳定性、安全性以及与其他抗菌物质的协同作用，以期开发出更加高效、安全的牙齿龋坏防治方案。