海洋污损微生物膜中细菌群落结构分析及其代谢物DKPs作用初探

海洋生物污损是海事活动中的常见现象，给人类带来了巨大的经济损失和安全隐患。污损生物膜对后续大型污损生物的附着起着重要的调节作用，直接影响着大型生物污损层的形成，因而成为了探究生物污损发生机制的重要切入点。其中，污损细菌是污损生物膜的重要组成部分，与其分泌的胞外聚合物(Extracellular polymeric substances, EPS)统称为污损微生物膜，是本论文的研究对象。研究表明，污损微生物膜对大型污损生物的孢子和幼虫的附着起着重要作用，其作用方式与污损微生物膜中的群落组成及其产生的代谢物有关。     本文以烟台海域污损微生物膜为研究对象，对其进行了群落结构分析和代谢物化学组成分析，进而探讨了这些代谢物对微生物膜形成的影响，具体研究结果如下：     通过海上挂板采集了烟台海域污损微生物膜样品，采用分子生物学手段对污损微生物膜细菌群落结构进行了鉴定，发现其主要由芽孢杆菌属Bacillus sp.、假交替单胞菌属Pseudoalteromonas sp.、嗜冷杆菌属Psychrobacter sp.、盐单胞菌属Halomonas sp.、肠杆菌属Enterobacter sp. 五个菌属的细菌组成，其中Bacillus sp.和Pseudoalteromonas sp.为优势菌，在各组被测样品中均占到60%和20%以上。 从污损微生物膜混合菌中分离得到了多株污损细菌，对典型污损细菌进行了菌种鉴定，得到了两株优势菌P. issachenkonii，B. anthracis和两株劣势菌P. nivimaris，H. meridiana。     从天然污损微生物膜及典型污损细菌P. issachenkonii的发酵液中分离得到了多种化合物，包括典型的细菌群体感应信号分子二酮哌嗪(Diketopiperazines, DKPs)。扫描电镜观察结果及结晶紫定量结果显示，DKPs可以促进天然污损微生物膜的形成，而对4种典型污损细菌微生物膜的形成则具有不同程度的促进作用。其中，多种DKPs均可以促进P. issachenkonii微生物膜的形成；cyclo(Pro-Gla)、cyclo(4-OH-Pro-Leu)、cyclo(Pro-Phe)可以促进B. anthracis微生物膜的形成；P. nivimaris微生物膜的形成仅受到cyclo(Pro-Gla)、cyclo(Pro-Phe)的促进作用；cyclo(Pro-Gla)、cyclo(Pro-Phe)、cyclo(Pro-Tyr)可以促进H. meridiana微生物膜的形成，表明微生物膜的群落组成可能是多种DKPs共同作用的结果。对典型污损细菌微生物膜中EPS主要组分的定量分析表明，DKPs可以提高微生物膜中胞外多糖及胞外蛋白质的含量，对胞外多糖的促进作用更为明显，表明DKPs可能是通过促进EPS的产生从而促进污损细菌的成膜。     综上所述，烟台海域污损微生物膜由多种多样的污损细菌及其代谢物共同组成，其中Bacillus sp.和Pseudoalteromonas sp.为优势菌种；DKPs为天然污损混合菌及P. issachenkonii代谢物的重要组分，可能通过促进EPS的分泌而调控污损混合菌、优势菌、劣势菌的附着，影响着天然污损微生物膜的细菌群落组成，是造成不同种类污损细菌优劣地位的重要诱因。