发酵源副干酪乳杆菌B1和植物乳杆菌O24新型抗菌肽的发现：基因组与蛋白质组学视角下的创新探索

针对食品微生物污染问题，研究人员从传统发酵食品分离的乳酸菌中发掘新型抗菌物质。通过全基因组测序和蛋白质组学分析，发现副干酪乳杆菌B1和植物乳杆菌O24能产生多种细菌素（如lactococcins、plantaricins），实验证实其对单增李斯特菌和大肠杆菌O157:H7具有显著抑制活性，且耐受高温和酸性环境。该研究为开发天然食品防腐剂和抗菌疗法提供了新资源。

　　

在现代食品工业中，微生物污染始终是威胁公共健康和食品安全的重大隐患。尽管现有的防腐技术和安全协议不断进步，但传统化学防腐剂潜在的健康风险和环境影响，促使科研界转向寻找绿色、天然的替代方案。乳酸菌（Lactic Acid Bacteria, LAB）作为一类重要的益生菌，不仅广泛应用于发酵食品，其产生的抗菌物质（如细菌素bacteriocins）更被视为最有前景的天然生物防腐剂之一。然而，目前仅有少数细菌素（如pediocin PA1和nisin）被商业化应用，部分原因是严格的监管要求以及对新细菌素毒理学数据的缺乏。因此，从环境中筛选新型产细菌素乳酸菌菌株，并解析其遗传背景和功能特性，成为当前研究的重点。

在这一背景下，本研究从波兰传统发酵食品（包括Bundz奶酪和自制腌黄瓜）中分离出两株乳酸菌：副干酪乳杆菌（Lacticaseibacillus paracasei）B1和植物乳杆菌（Lactiplantibacillus plantarum）O24，旨在通过整合基因组学、蛋白质组学和功能实验，全面评估其抗菌化合物的特性与潜力。该研究近期发表于食品领域重要期刊《LWT》。

为开展本研究，作者运用了多项关键技术方法：首先采用牛津纳米孔技术（Oxford Nanopore）进行全基因组测序，并利用Flye、Prokka、Bakta等软件进行基因组组装与注释；通过BAGEL4平台预测细菌素合成基因簇；使用琼脂扩散法评价抗菌活性；借助傅里叶变换红外光谱（FT-IR）分析活性官能团；通过硫酸铵沉淀和透析进行蛋白质粗纯化；运用SDS-PAGE和液相色谱-串联质谱（LC-MS/MS）鉴定蛋白质分子量及序列。

研究结果部分主要包括以下内容：

3.1. 乳酸菌菌株的基因组分析

通过全基因组测序发现，副干酪乳杆菌B1含一条染色体和一条质粒，植物乳杆菌O24含一条染色体和八条质粒。两菌株均携带多个与前噬菌体、移动遗传元件（MGEs）和CRISPR-Cas系统相关的基因区域。B1染色体上鉴定出完整的II-A型CRISPR-Cas簇，可能与抵抗噬菌体入侵和维持基因组稳定性相关。这些发现为菌株的环境适应性和抗菌潜力提供了遗传基础。

3.2. 细菌素相关基因的预测

BAGEL4分析显示，副干酪乳杆菌B1染色体上有两个细菌素生物合成基因簇（AOI_1和AOI_2），编码包括lactococcins、enterocins、carnocins和enterolysin A等多种细菌素。植物乳杆菌O24的染色体和质粒pLplO24_7上也预测出多个基因簇，编码plantaricins（E、F、J、K等）和bovicin。这些基因的多样性和分布位置表明两菌株具有合成结构多样、功能各异的抗菌肽的潜力。

3.3. 细菌制备物的理化性质

3.3.1. 抗菌谱活性

细胞游离上清（CFS）和中和上清（nCFS）均对革兰阳性（如单增李斯特菌、金黄色葡萄球菌）和革兰阴性菌（如肠炎沙门氏菌、大肠杆菌O157:H7）表现出抑制活性，其中对单增李斯特菌和大肠杆菌O157:H7的抑制效果最为显著。中和后仍保留部分活性，提示除有机酸外，可能存在细菌素或其他蛋白类物质起效。

3.3.2. 热、pH和蛋白酶对抗菌活性的影响

CFS在40°C–100°C条件下保持70%以上活性，但121°C高温处理后活性大幅下降。酸性条件（pH 2.0–5.0）下活性稳定，碱性条件（pH ≥8.0）下完全失活。经胰蛋白酶、胃蛋白酶和蛋白酶K处理后活性完全丧失，证实活性物质为蛋白质性质。

3.4. 光谱分析

FT-IR光谱显示，CFS在3400 cm^-1和1648 cm^-1附近存在特征吸收峰，分别对应N-H/O-H伸缩振动和酰胺I带C=O伸缩振动，进一步支持蛋白质类物质的存在。热处理引起氢键网络和蛋白质二级结构变化，但与抗菌活性的热稳定性一致。

3.5. 蛋白质物质的纯化与分子量评估

经硫酸铵沉淀和透析纯化，副干酪乳杆菌B1和植物乳杆菌O24的抗菌活性分别提高3.38倍和4.06倍。SDS-PAGE显示单一条带，分子量分别约为15 kDa和10 kDa。LC-MS/MS鉴定出部分序列同源性，但提示可能为新型细菌素或细菌素样抑菌物质（BLIS）。

研究结论与讨论部分强调，副干酪乳杆菌B1和植物乳杆菌O24作为传统发酵食品来源的乳酸菌，具有丰富的细菌素合成遗传基础，并能产生耐热、耐酸且抗菌谱广的蛋白类抗菌物质。这些特性使其在食品防腐（如抑制李斯特菌和大肠杆菌O157:H7）和潜在抗菌疗法中具备应用价值。尽管基因组预测与实验验证间存在一定差异（可能源于表达调控、翻译后修饰或技术局限），但整体数据充分支持两菌株作为新型抗菌化合物开发的重要资源。未来需通过优化培养条件、完善纯化工艺与功能验证，推动其在实际应用中的转化。

本研究不仅拓展了我们对乳酸菌抗菌机制的理解，也为开发安全、高效的天然食品保鲜剂提供了新的候选菌株和化合物，符合当前食品工业绿色、可持续发展的大趋势。