利用乳酸菌破坏食源性病原体的群体感应机制，实现可持续的生物膜控制

《Sustainable Food Technology》：Sustainable biofilm control using lactic acid bacteria to disrupt quorum sensing in foodborne pathogens

本研究系统评估了89株食品乳酸菌的细胞外上清液（CFSs）对李斯特菌和金黄色葡萄球菌生物膜形成的抑制效果，发现61.8%的CFSs含有AI-2类似信号，28.1%可有效抑制AI-2信号。在亚抑制浓度下，大多数CFSs未显著影响浮游生长，但对李斯特菌生物膜抑制率达57.3%，金黄色葡萄球菌达45.4%。机制可能涉及AI-2信号干扰、表面性质改变及胞外基质破坏，为开发天然可持续的生物膜控制剂提供了依据，符合减少化学杀菌剂依赖和联合国可持续发展目标。

　　在食品工业中，食品安全一直是关注的焦点。近年来，食品中的致病微生物，如李斯特菌（*Listeria monocytogenes*）和金黄色葡萄球菌（*Staphylococcus aureus*），因其形成生物膜的特性而成为研究的热点。这些细菌能够在食品加工环境中的各种表面上附着并形成结构化的生物膜，从而显著增强其对常规清洁和消毒手段的抗性，导致长期污染和食品安全风险。因此，寻找有效的生物膜控制策略变得尤为重要。

生物膜是由微生物群落形成的复杂结构，其内部嵌入了一种自我产生的或从外界获得的水合细胞外基质。这种结构不仅增强了微生物的生存能力，还使其在食物链中更容易传播和持续存在。此外，生物膜内的细菌能够通过细胞间通讯协调群体行为，如表达毒力因子、抵抗抗生素和适应压力。这种细胞间通讯机制被称为群体感应（quorum sensing, QS），是细菌调控群体行为的核心手段之一。在QS系统中，细菌通过检测自身或周围环境中特定的信号分子，如自诱导物-2（autoinducer-2, AI-2），来判断种群密度，并据此调整基因表达和行为模式。

AI-2是广泛存在于多种细菌中的信号分子，不仅在同种细菌之间发挥作用，还能在不同物种间进行交流。这种能力使得AI-2成为调控生物膜形成和毒力的重要因素。研究表明，AI-2在某些致病菌中能够促进或抑制生物膜的形成，具体作用取决于细菌种类和环境条件。因此，针对AI-2信号的干预可能成为控制生物膜形成的一种有效策略。

乳酸菌（lactic acid bacteria, LAB）作为食品发酵中的传统微生物，不仅改善了食品的感官和营养特性，还被发现具有抑制致病菌生长的潜力。它们能够分泌多种生物活性化合物，包括有机酸、过氧化氢、二乙酰、二氧化碳、细菌素等，这些物质在低浓度下可能对致病菌的生物膜形成产生影响。一些研究表明，LAB分泌的代谢产物可能具有群体感应抑制剂（QSIs）的特性，能够干扰细菌的通讯机制，从而减少生物膜的形成。此外，某些LAB还能够产生AI-2信号，这不仅增强了它们在食品环境中的竞争力，还可能影响其他有害细菌的生物膜和致病性。

本研究旨在评估来自不同LAB菌株的细胞外无菌上清液（cell-free supernatants, CFSs）对AI-2介导的群体感应和两种主要食品致病菌（*L. monocytogenes* 和 *S. aureus*）生物膜形成的影响。通过使用*Vibrio harveyi*生物发光菌株作为报告系统，对89种食品来源的LAB菌株的CFSs进行筛选，发现其中61.8%的CFSs能够诱导生物发光，表明它们含有AI-2样信号分子。而28.1%的CFSs显著抑制了AI-2信号的产生，显示其可能具有QS干扰作用。进一步的实验表明，这些CFSs在低于最低抑菌浓度（sub-MIC）的情况下，对*Listeria monocytogenes*的生物膜形成具有显著的抑制作用，其中某些CFSs甚至能减少*Staphylococcus aureus*的生物膜生物量达45.4%。值得注意的是，这些CFSs对两种致病菌的游动生长并未造成明显抑制，说明其抗菌作用可能主要针对生物膜形成这一特定过程。

该研究还发现，某些LAB菌株的CFSs可能通过多种机制影响生物膜形成，包括干扰群体感应信号、抑制附着或破坏细胞外基质。这些机制可能相互作用，共同促进生物膜的抑制效果。此外，由于这些CFSs在低浓度下使用，不会对目标细菌造成明显的生长抑制，因此不会产生选择压力，从而降低抗生素抗性的发展风险。这使得LAB成为一种可持续的天然生物膜控制手段，避免了传统化学消毒剂可能带来的环境污染和健康风险。

在实际应用中，LAB的代谢产物不仅可用于食品加工环境的生物膜控制，还可能为食品安全提供新的解决方案。这些代谢产物的生态友好性和低风险特性，使其成为一种符合可持续发展目标的替代方法。例如，它们能够减少对合成生物杀灭剂的依赖，降低化学残留，同时支持微生物生态系统的健康。通过进一步研究这些代谢产物的具体成分及其作用机制，可以开发出更精确、高效的生物膜控制策略，用于食品生产和加工环境中的应用。

然而，目前的研究结果仍需进一步验证。虽然实验数据表明某些LAB CFSs能够干扰AI-2信号，但这些影响是否直接作用于目标致病菌的群体感应系统，仍需通过分子生物学方法进行确认。例如，需要分析这些CFSs是否影响目标细菌中与QS相关的基因表达，或者改变其信号分子的浓度。此外，不同LAB菌株的代谢产物可能存在显著差异，因此未来的研究应关注特定菌株的作用机制，并探索其在实际食品加工条件下的稳定性、安全性和有效性。

综上所述，利用LAB代谢产物干扰群体感应信号，为食品致病菌的生物膜控制提供了新的思路。这种策略不仅符合食品安全的需求，还符合可持续发展的目标，有助于构建更加安全、环保的食品生产体系。未来的研究应进一步明确这些代谢产物的具体作用机制，并评估其在复杂微生物群落中的应用潜力，从而推动其在食品工业中的实际应用。