乳酸菌细菌素是一类由核糖体合成,具有抑菌活性的蛋白或多肽类物质。因其安全特性在食品生物防腐领域得到广泛应用。但是,目前只有Nisin实现了商业化生产,而Nisin抑菌谱较窄。因此,筛选出一株具有广谱、高产抑菌活性的新型细菌素菌株一直是细菌素研究领域的热点。本课题以产细菌素乳酸菌为研究对象,利用蛋白组学、生物信息学、基因敲除等方法对参与细菌素合成及反馈调控的关键蛋白进行挖掘,通过调控关键蛋白的表达量来提高细菌素合成量。其意义在于对增加细菌素产量提供新策略,也为大规模工业化发酵生产细菌素奠定基础。对实验室保存的乳酸菌所产细菌素的性能进行筛选,最终确定植物乳杆菌Q7所产细菌素具有较广的抑菌谱和良好的加工稳定性。对植物乳杆菌Q7的生长与细菌素合成关系进行研究,发现细菌素合成和菌体生长属于部分对应,当培养至对数末期时,细菌素的合成达到最大值。此外,阳离子交换和凝胶过滤两步纯化方法可以有效的分离纯化出高纯度的植物乳杆菌素Q7。研究碳源对植物乳杆菌素Q7合成的影响,发现果糖可显著加快植物乳杆菌素Q7的合成速率,作为刺激物能够诱导或调控植物乳杆菌素Q7合成相关基因的表达。利用蛋白组学技术构建菌体在葡萄糖和果糖培养下胞内差异蛋白表达图谱,发现在果糖培养条件下共有14个蛋白点相比于葡萄糖培养条件下高表达2.0倍以上。利用MALDI-TOF/TOF MS对高表达的蛋白点进行质谱鉴定,结合GO、KEGG Pathway、String Network及转录水平检测分析,发现与蛋白质的转录、翻译及加工相关。因此,这些蛋白点在果糖培养条件下高表达能够促使菌体快速合成蛋白类物质。其中,休克蛋白位于蛋白相互作用网络的中心,与其它蛋白具有高度的连通性,因此休克蛋白在菌体合成细菌素过程中扮演重要的角色。采用预热应激诱导菌体休克蛋白高表达,从而增加植物乳杆菌素Q7产量。结果发现在45℃下热激5 min可以促使菌体大量合成细菌素,产量达2873.08IU/mL,相比于未处理发酵中植物乳杆菌素Q7产量提高23.36%,表明预热应激处理是提高植物乳杆菌素Q7产量的一种行之有效的方法。荧光定量PCR检测发现,预热应激后休克蛋白GroEL表达量比未预热应激菌体内的表达量高10倍。同时,构建了groEL基因敲除突变菌株植物乳杆菌Q7ΔGroEL,发现敲除菌株植物乳杆菌Q7ΔGroEL的细菌素合成量显著低于野生菌株的细菌素合成量。证明了GroEL参与植物乳杆菌素Q7的合成,对植物乳杆菌素Q7的合成具有促进作用,是植物乳杆菌素Q7合成的关键蛋白。研究植物乳杆菌素Q7合成的反馈抑制现象,发现植物乳杆菌素Q7的合成依赖于培养基中细菌素的浓度,其合成受到产物的反馈抑制调控。使用不同粘土对植物乳杆菌素Q7的吸附作用进行研究,得到蒙脱土吸附效果最好,主要通过静电相互作用力、氢键及疏水相互作用力高效吸附植物乳杆菌素Q7,其吸附量达1276.19 IU/mL。通过原位吸附发酵技术解除反馈抑制提高植物乳杆菌素Q7产量,最终植物乳杆菌素Q7的产量达到3713.40 IU/mL,相比于正常发酵中的植物乳杆菌素Q7产量提高了41.61%。对植物乳杆菌素Q7反馈调控机制进行研究,发现植物乳杆菌Q7共有6对完整的组氨酸蛋白激酶和响应调节蛋白基因。通过定量PCR技术对这6对基因进行检测分析,发现植物乳杆菌素Q7的合成受到chr_orf00356(HPK)和chr_orf00355(RR)基因的反馈抑制调控。利用基因工程技术将植物乳杆菌Q7的chr_orf00356(HPK)基因敲除,发现敲除后的植物乳杆菌Q7ΔHPK菌株其细菌素反馈抑制被解除,可以继续合成细菌素。证明了HPK(chr_orf00356)在细菌素反馈抑制调控中起到了关键作用,是调控植物乳杆菌素Q7合成的关键蛋白。