大豆球蛋白抗菌多肽抑制单增李斯特菌的机制研究.pdf

168 食品安全导刊 2023年10月（上）食品科技大豆球蛋白抗菌多肽抑制单增李斯特菌的 机制研究解博洋1，王昊2，李月婷2，张兴国2*（1.长春中医药大学 健康管理学院，吉林长春 130117；2.长春市疾病预防控制中心，吉林长春 130000）摘要：单细胞增生李斯特菌是一种严重危害人体健康的食源性致病菌，它的预防与监测备受重视。研究发现，一些天然抗菌剂（如抗菌肽）能有效地抑制单增李斯特菌的活性。抗菌肽来源于天然物质，有着较好的热稳定性，它可以和微生物细胞发生反应，破坏其结构，抑制微生物的生长和发育。大豆球蛋白抗菌多肽作为抗菌肽的一种，它能够与单增李斯特菌细胞膜表面产生静电相互作用，从而破坏细胞膜，通过降低 ATP酶的活性破坏其呼吸代谢，同时也能干扰单增李斯特菌 DNA 的复制与表达，导致单增李斯特菌死亡。本文总结了大豆球蛋白抗菌多肽抑制单增李斯特菌的机制，为大豆球蛋白抗菌多肽的使用及开发提供理论依据。关键词：单增李斯特菌；大豆球蛋白碱性抗菌肽；抑制机制Inhibitory Mechanism of Soybean Globulin Antibacterial Peptides Against Listeria monocytogenesXIE Boyang1,WANG Hao2,LI Yueting2,ZHANG Xingguo2*(1.Changchun University of Traditional Chinese Medicine,Changchun 130117,China;2.The Centers for Disease Control and Prevention in Changchun,Changchun 130000,China)Abstract:Listeria monocytogenes is a kind of food-borne pathogenic bacteria which is seriously harmful to human health,and its prevention and monitoring have attracted much attention.Studies have found that some natural antimicrobials(such as antimicrobial peptides)can effectively inhibit the activity of Listeria monocytogenes.Antimicrobial peptides are derived from natural substances and have good thermal stability.They can react with microbial cells,destroy their structures,and inhibit the growth and development of microorganisms.As a kind of antimicrobial peptide,soybean globulin antibacterial polypeptide can produce electrostatic interaction with the surface of Listeria monocytogenes,thus destroying the cell membrane,destroying its respiratory metabolism by reducing the activity of ATPase,and interfering with the replication and expression of DNA of Listeria monocytogenes,leading to the death of Listeria monocytogenes.In this paper,the mechanism of inhibiting Listeria monocytogenes by soybean globulin antibacterial peptides was summarized,which provided theoretical basis for the use and development of soybean globulin antibacterial peptides.Keywords:Listeria monocytogenes;soy globulin basic antimicrobial peptide;inhibition mechanism1单增李斯特菌研究现状1.1微生物学特征单细胞增生李斯特菌是一种革兰氏阳性、非成孔、兼性厌氧菌，其适宜的生长温度通常在-0.4 50.0。该生物体因具有丰富的鞭毛，使其具有翻滚、蠕动的特征，但这一特征仅在较小的温度区间内方可进行。当温度在 20 25 时，其细胞膜表面产生鞭毛，当温度达到 37 时，鞭毛数量明显减少1。单增李斯特菌对营养条件要求不高，通常在普通培养基上就能实现良好的生长，能适应高 pH 值、高盐作者简介：解博洋（1996），男，吉林延吉人，硕士。研究方向：营养与食品卫生。通信作者：张兴国（1972），男，吉林榆树人，硕士，主任医师。研究方向：公共卫生基础。E-mail:。Oct.2023 CHINA FOOD SAFETY 169食品科技的环境，能在冷库、冰箱等低温环境下生存，有“冰箱杀手”之称2。1.2临床表现单增李斯特菌的主要感染形式为局部感染和中枢神经系统的散播性感染，它属于比较危险的感染性病原体，感染单增李斯特菌的死亡率可达到20%30%。即使感染者在患病初期及时采取了相应的治疗手段，也很难将死亡率降到 20%以下3。单增李斯特菌感染会造成患者发热、肠胃炎、局部浓重、呼吸困难、败血症、脑膜炎以及孕妇流产等后果4，而老年人、免疫力较差者及孕妇，恰恰是感染单增李斯特菌的高危人群5。1.3流行病学特征单增李斯特菌是一种人和动物皆可感染的病原菌，在全世界范围内有着不同程度的传播状况。在发达国家，人们感染单增李斯特菌的现象较为严重6。单增李斯特菌在大自然中分布很广，多种动物也深受其害，如哺乳动物、节肢动物、鱼类、鸟类等。单增李斯特菌可在不同种类动物之间通过口腔-粪便的途径传播，有可能是其在种群之间传播的主要方式之一7。单增李斯特菌作为危害程度较大的食源性病原菌之一，其对于食品的污染是不容忽视的，单增李斯特菌可通过多种途径污染生鲜水果蔬菜，也可以在食品的生产和加工环节中对乳制品、肉类食品以及未加热即食的冷藏食品等造成污染8。1.4耐药性单增李斯特菌通常具有较强的耐药性和耐环境性，其特点是通过与其他细菌交换耐药性的方式来增强抗药性9-10。单增李斯特菌引起的李斯特菌病需要使用复方磺胺甲恶唑、氨苄西林、青霉素等抗生素治疗。人们若感染具有耐药性的单增李斯特菌将会大大提高治疗的难度，这将会导致患者的死亡率升高，更为严重的是单增李斯特菌携带的耐药基因能够在种属内及种属间水平传播11，造成多种食源性致病菌的普遍耐药12。2大豆球蛋白抗菌多肽概述大豆是人们熟知的一种植物，其含有丰富的蛋白质（大豆蛋白）。大豆蛋白主要由 11S（大豆球蛋白）和 7S（-伴大豆球蛋白）组成。其中，11S 是大豆蛋白的主要组成部分（约 24%），通常以六聚体的结构形式存在，每一个大豆球蛋白都由一种酸性和碱性多肽组成，通过二硫键连接在一起13。大豆球蛋白抗菌多肽是由 11S（大豆球蛋白）在断开二硫键后得到的一组碱性亚基，是分子量相近而结构不同的碱性肽混合物，是抗菌肽中的一种。抗菌肽的来源很广，在机体早期防御系统中发挥着重要的作用14-15。抗菌肽是已知的先天免疫反应的基本成分，也可以作为某些生物体的免疫调节剂，是一种毒性低且高效、具有抗病毒、抗癌、抗菌活性的药物。有研究表明，病原体通常对于抗菌肽很难产生耐药性，也因此抗菌肽的研究被人们寄予厚望，被作为抗生素的潜在替代品16。大豆球蛋白抗菌多肽具有良好的热稳定性、低致敏性、溶解性和抗菌性，是具有潜力和开发前景的天然抗菌剂。3大豆球蛋白抗菌多肽抑制单增李斯特菌的机制大豆球蛋白抗菌多肽具有抗菌广谱性，与化学抗菌剂相比，其优点是安全且无副作用，现代研究表明，大豆球蛋白抗菌多肽对单增李斯特菌的细胞膜、DNA 及其生物活性均有影响。3.1大豆球蛋白抗菌多肽对单增李斯特菌细胞膜的影响大豆球蛋白抗菌多肽是一种带正电的阳离子抗菌肽，与单增李斯特菌细胞膜表面的负电区域能够产生静电相互作用，即带正电荷的大豆球蛋白抗菌多肽中和了单增李斯特菌表面的脂壁酸和肽聚糖等阴性基团所带的负电荷，同时抗菌肽通过插入脂质双层，与细胞膜磷脂上的阴离子接触，诱导细菌膜去极化而产生布朗运动，使细胞膜或细胞壁拉伸，产生更大尺寸的孔，从而导致细胞壁和细胞膜的裂解。细胞膜的作用是维持细胞的形状和完整性，并保证细胞的正常生理代谢。当细胞膜损伤时，细胞内的电解质 Na+、K+及 Ca2+等出现紊乱，导致细胞肿胀甚至死亡。ABDEL-SHAFI 等17在 7S 和 11S球蛋白抑制单增李斯特菌活性的实验中，应用透射电子显微镜观察发现，不同浓度的 11S 球蛋白能够导致单增李斯特菌表面细胞膜产生不同程度的变形或裂解。实验表明，大豆球蛋白抗菌多肽损伤了单增李斯特菌的细胞膜。3.2大豆球蛋白抗菌多肽对单增李斯特菌生理活性的影响大豆球蛋白抗菌多肽不仅对单增李斯特菌的细170 食品安全导刊 2023年10月（上）食品科技胞膜有损伤作用，对其生理活性也有影响，如抑制细胞的能量合成和呼吸代谢。当细胞缺乏能量供应时，细胞将缓慢生长，甚至死亡。ATP 酶在细胞能量代谢中具有重要的作用。在电解质的作用下，ATP将分解为 ADP 并释放大量能量，大豆球蛋白抗菌多肽可以通过影响 Na+、K+等电解质，进而影响 ATP的分解，并降低 ATP 酶（如-半乳糖苷酶）的活性，从而抑制单增李斯特菌的生长和代谢。微生物主要通过 TCA 循环、EMP 途径和 HMP 途径进行细胞呼吸代谢，这 3 种途径是细胞获得能量的基本过程，如果细胞呼吸代谢受到抑制，微生物生命也将消耗殆尽。有研究表明18，大豆球蛋白抗菌多肽对单增李斯特菌的呼吸代谢有抑制作用，并在糖酵解途径中最为显著。NING 等19通过比较大豆球蛋白抗菌多肽对 3 种呼吸代谢途径的抑制作用，发现浓度为 0.1 mgmL-1的大豆球蛋白抗菌多肽在单增李斯特菌呼吸代谢过程中的总抑制率为20.88%，在EMP途径、TCA 途径和 HMP 途径中的抑制率分别为 41.00%、35.51%和 25.20%。这表明，在 EMP 途径、TCA 途径和 HMP 途径中，EMP 途径受大豆球蛋白抗菌多肽的抑制最为明显，且 EMP 途径中的关键调节酶的活性下降最快，由此得出大豆球蛋白抗菌多肽可显著抑制单增李斯特菌 EMP 途径中关键酶的活性，从而抑制其呼吸代谢。3.3大豆球蛋白抗菌多肽对单增李斯特菌 DNA 的影响DNA 是细菌生长、发育的主要遗传物质。大豆球蛋白抗菌多肽可导致单增李斯特菌中的 DNA含量降低，这是由于大豆球蛋白抗菌多肽破坏了单增李斯特菌的细胞膜，使核酸及蛋白质从细胞内流出，同时大豆球蛋白抗菌多肽也会对单增李斯特菌的 DNA 的复制及表达产生干扰。虽然大豆球蛋白抗菌多肽破坏单增李斯特菌 DNA 的机制尚不明确，但 LI 等20应用一种合成抗菌肽对大肠杆菌的DNA 进行了处理。结果发现此抗菌肽中的 P7 能够与细菌 DNA 相互作用，并抑制基因组脱氧核糖核酸的迁移，且 P7 能够插入基因组碱基对中，使细菌 DNA 的复制停留在 R 期，无法完成完整的复制周期，干扰正常的细胞周期。由此笔者认为大豆球蛋白抗菌多肽与单增李斯特菌中的 DNA 相互作用，可能阻碍并抑制了大分子的合成以及相关基因的表达，同时破坏细菌正常的生命周期，从而导致细菌的死亡。4结语综上所述，大豆球蛋白抗菌多肽作为一种天然的抑菌剂，对单增李斯特菌具有良好的抑制效果，可从破坏细胞膜、DNA 以及抑制细胞呼吸代谢等多方面抑制或杀死单增李斯特菌。近年来，单增李斯特菌的耐药性不断上升，因此寻找高效、低耐药性的替代品具有重要意义。大豆球蛋白抗菌多肽作为一种天然抗菌剂，对单增李斯特菌具有较好的抑制效果。大豆球蛋白抗菌多肽具有耐热性、抗菌性、毒性低以及溶解性高的特点，可作为新型的天然防腐剂以保证食品安全。大豆球蛋白抗菌多肽具有较好的开发前景和潜力，本文阐述了大豆球蛋白抗菌多肽抑制单增李斯特菌的机制，为新型高效的天然抗菌剂的开发提供理论参考。目前仍有一些因素有待研究与探讨，即研究大豆球蛋白抗菌多肽与抗生素联合使用抑制单增李斯特菌的效果以及如何将大豆球蛋白抗菌多肽合理地应用在食品的生产、加工和贮存中。参考文献1PEEL M,DONACHIE W,SHAW A.Temperature-dependent expression of flagella of Listeria monocytogenes studied by electron microscopy,SDS-PAGE and western blottingJ.J Gen Microbiol,1988,134(8):2171-2178.2 龚霄,陈盼.革兰氏阳性食源性致病菌 J.肉类研究,2008(5):52-60.3JORDAN K,MCAULIFFE O.Listeria monocytogenes in FoodsJ.Adv Food Nutr Res,2018,86:181-213.4LOMONACO S,NUCERA D,FILIPELLO V.The evolution and epidemiology of Listeria monocytogenes in Europe and the United StatesJ.Infect Genet Evol,2015,35:172-183.5SCHUCHAT A,LIZANO C,BROOME C V,et al.Outbreak of neonatal listeriosis associated with mineral oilJ.Pediatr Infect Dis J,1991,10(3):183-189.6 周旋.姜黄素抑制单增李斯特菌溶血素活性的分子机制研究 D.长春:吉林大学,2016.7RICCHI M,SCALTRITI 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