骆驼源植物乳杆菌LP-170：一种对抗乳制品中耐多药金黄色葡萄球菌的天然抗菌解决方案

《Journal of Dairy Science》：Camel-derived Lactiplantibacillus plantarum LP-170 as a natural antimicrobial solution to combat multidrug-resistant Staphylococcus aureus in dairy products

本研究针对乳制品中耐多药（MDR）金黄色葡萄球菌这一重大食品安全威胁，从骆驼粪便中分离出植物乳杆菌LP-170。研究发现其无细胞上清液（CFS）对标准株和MDR金黄色葡萄球菌均表现出显著抗菌活性，抑菌圈直径达20.21±0.21mm，且在pH3.0-6.0和60°C以下保持稳定。通过基因组学和代谢组学分析，鉴定出乳酸、羟基脂肪酸和酚类化合物为关键抗菌代谢物，这些物质通过协同破坏细菌膜结构、诱导氧化应激和抑制生物膜形成发挥抑菌作用。在牛奶保鲜实验中，CFS在4°C、25°C和35°C下可使金黄色葡萄球菌降低达4.6log cfu/mL。该研究为开发天然抗菌剂控制乳制品中MDR金黄色葡萄球菌污染提供了新策略。

　　

在当今全球公共卫生领域，耐多药（Multidrug-Resistant, MDR）病原菌的蔓延已成为一个不容忽视的严峻挑战。其中，金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus），特别是耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（Methicillin-Resistant Staphylococcus aureus, MRSA），因其强大的环境适应力和生物膜（Biofilm）形成能力，在医疗环境和食品链中持续构成威胁。抗生素的滥用加速了耐药性的进化，使得传统抗生素疗效日益受限，开发新型、安全的抗菌替代品迫在眉睫。

在这一背景下，乳酸菌（Lactic Acid Bacteria, LAB）因其天然的抗菌特性而受到广泛关注。它们能产生有机酸、细菌素（Bacteriocins）等多种抗菌物质，且安全性高、耐药性风险低。骆驼作为极端环境下的生存者，其体内共生微生物可能蕴藏着独特的抗菌资源。为此，石河子大学动物科学与技术学院的研究团队开展了一项研究，旨在从骆驼粪便中挖掘具有强效抗菌活性的乳酸菌资源，并深入探究其对抗MDR金黄色葡萄球菌的潜力与机制。相关研究成果发表在《Journal of Dairy Science》上。

为开展本研究，研究人员首先从骆驼粪便样本中分离得到一株植物乳杆菌（Lactiplantibacillus plantarum），命名为LP-170。通过琼脂扩散法、最小抑菌浓度（Minimum Inhibitory Concentration, MIC）测定评估了其无细胞上清液（Cell-Free Supernatant, CFS）对标准金黄色葡萄球菌ATCC 29213和从污染牛奶中分离的MDR金黄色葡萄球菌的体外抗菌活性。同时，考察了CFS的热稳定性和pH耐受性。通过结晶紫染色和共聚焦激光扫描显微镜（Confocal Laser Scanning Microscopy, CLSM）分析了CFS对生物膜形成的抑制作用。此外，研究还将CFS应用于牛奶样品，评估了其在4°C、25°C和35°C下对金黄色葡萄球菌的杀菌效果。为阐明机制，研究对LP-170进行了全基因组测序和功能注释（如CAZy、COG、KEGG数据库分析），并利用超高效液相色谱-四极杆静电场轨道阱质谱（UHPLC-QE-MS）技术进行了非靶向代谢组学分析，以鉴定关键的抗菌代谢物。

生物特性鉴定证实LP-170为无毒力植物乳杆菌

研究人员成功从骆驼粪便中分离出LP-170菌株。菌落形态显示为光滑、白色、凸起的圆形菌落。革兰氏染色证实其为革兰氏阳性杆菌。在血琼脂平板上未观察到β-溶血现象，表明该菌株无溶血性，初步具备安全性。通过16S rRNA基因测序和系统发育树分析，最终将其鉴定为植物乳杆菌（Lactiplantibacillus plantarum）。生化鉴定进一步显示，LP-170能够发酵多种碳水化合物，展现了其良好的代谢适应性。

LP-170 CFS展现强效且稳定的抗菌活性

抗菌实验表明，LP-170的CFS对标准金黄色葡萄球菌ATCC 29213和MDR金黄色葡萄球菌均具有显著的抑制作用，且对MDR菌株的抑菌圈直径（20.21 ± 0.21 mm）显著大于标准菌株。CFS的抗菌活性在pH 3.0-6.0的酸性范围内和高达60°C的温度处理下均能保持稳定，显示出良好的酸稳定性和热稳定性。值得注意的是，当使用与CFS中浓度相匹配的纯乳酸进行实验时，在相同pH条件下并未观察到抑菌圈，这表明LP-170的抗菌作用并非单纯依赖于乳酸，而是多种代谢物协同作用的结果。

CFS有效抑制并破坏金黄色葡萄球菌生物膜

生物膜是细菌产生耐药性和持续感染的关键因素。研究发现，LP-170 CFS能以剂量依赖的方式抑制金黄色葡萄球菌生物膜的形成。即使在0.5× MIC的浓度下，也能显著减少生物膜量；当浓度达到或超过1× MIC时，可几乎完全抑制生物膜的形成。CLSM观察直观地证实了CFS处理导致生物膜结构被显著破坏、厚度减小。

LP-170 CFS在牛奶体系中有效控制金黄色葡萄球菌

为评估其实际应用潜力，研究在牛奶体系中进行了保鲜实验。结果显示，在不同储存温度（4°C, 25°C, 35°C）下，LP-170 CFS（0.5× MIC 和 1× MIC）均能显著降低牛奶中金黄色葡萄球菌（包括标准株和MDR株）的活菌数。特别是在25°C和35°C下，1× MIC的CFS处理24小时后，可使菌落数降低高达4.6 log cfu/mL，证明了其在乳制品保鲜中的应用前景。

基因组与代谢组学揭示多重抗菌机制

全基因组测序显示，LP-170基因组大小为3.19 Mb。功能注释发现其富含碳水化合物活性酶（CAZy），特别是糖苷水解酶（Glycoside Hydrolases, GH）和糖基转移酶（Glycosyltransferases, GT），表明其具有强大的碳水化合物代谢能力，这可能为产生有机酸等抗菌物质提供了基础。基因本体（Gene Ontology, GO）、直系同源蛋白簇（Clusters of Orthologous Groups, COG）和京都基因与基因组百科全书（Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes, KEGG）通路分析均提示，LP-170在代谢过程、防御机制和次级代谢物生物合成等方面基因富集。非靶向代谢组学分析进一步鉴定出LP-170 CFS中富含多种潜在的抗菌代谢物，包括羟基脂肪酸（如3-羟基癸酸、3-羟基十二烷酸）、酚类化合物、有机酸及其衍生物（如乳酸、柠檬酸）等。这些代谢物可能通过协同作用，破坏细菌细胞膜、诱导氧化应激、抑制生物膜形成，从而发挥强大的抗菌效应。

结论与展望

本研究成功从骆驼粪便中分离出一株具有强效抗菌活性的植物乳杆菌LP-170。其无细胞上清液对耐多药金黄色葡萄球菌表现出显著的抑制和杀灭作用，并能有效抑制生物膜形成。该抗菌活性具有较好的稳定性。更为重要的是，在模拟实际应用的牛奶保鲜实验中，LP-170 CFS展现了良好的效果。通过多组学联合分析，研究揭示了LP-170的抗菌作用是其产生的有机酸、羟基脂肪酸、酚类化合物等多种代谢物协同作用的结果，涉及膜破坏、氧化应激和生物膜抑制等多重机制。

这项研究不仅为极端环境微生物资源库增添了新的成员，更重要的是为开发新型、安全的天然抗菌剂以应对日益严重的细菌耐药性问题，特别是控制乳制品中的耐多药金黄色葡萄球菌污染提供了坚实的科学依据和具有潜力的解决方案。未来研究可进一步聚焦于LP-170抗菌成分的分离纯化、精确作用机制的解析以及必要的体内安全性和有效性评估，以推动其向实际应用转化。