脂多糖O-抗原链长度对肠炎沙门氏菌生物膜形成能力及外膜蛋白组形态的影响

《Environmental Microbiology Reports》：The Influence of Lipopolysaccharide O-Antigen Chain Length on Biofilm Formation Capacity and Outer Membrane Proteome Shape of Salmonella Enteritidis

沙门氏菌Enteritidis的LPS O-抗原长度影响其生物膜形成及细胞特性，缩短O-抗原链导致生物膜减少（BHI+G培养基更显著），并改变细胞大小、表面电荷（zeta电位降低）、疏水性及外膜蛋白组成（如HtpG和flagellin表达调控）。实验通过基因敲除突变体及多指标分析验证，揭示了O-抗原长度与生物膜形成的关联机制。

　　本研究围绕沙门氏菌（*Salmonella* Enteritidis）脂多糖（LPS）中O-抗原链长变化对生物膜形成及细胞表型特性的影响展开。LPS是革兰氏阴性菌外膜的重要组成部分，其结构不仅对细胞的物理化学特性有显著影响，还在细菌与环境之间的相互作用中扮演关键角色。O-抗原作为LPS中最外层的多糖结构，具有高度的可变性，其长度的改变可能对细菌的生存能力、致病性及在不同环境下的行为产生深远影响。本研究通过构建一系列O-抗原链长突变体，探讨了这种变化如何影响生物膜形成和外膜蛋白组（OM proteome）的组成。

首先，研究团队利用细菌基因敲除技术，构建了四种不同的O-抗原链长突变株，包括Δ*wzz*_ST、Δ*wzz*_fepE、Δ*wzz*_STΔ*wzz*_fepE和Δ*wzy*。这些突变株分别表现出不同长度的O-抗原结构，其中Δ*wzy*突变株的O-抗原长度最短，仅由一个重复单位（RU）组成。研究通过晶紫染色法评估生物膜形成情况，发现O-抗原链长缩短的突变株在某些条件下表现出生物膜生物量的显著减少。同时，通过三苯基四氮唑氯化物（TTC）还原实验，分析了突变株的代谢活性，结果显示在某些情况下，链长缩短的突变株表现出更高的代谢活性。这表明O-抗原长度的改变可能影响细菌在不同环境中的生长能力和生物膜形成特性。

进一步地，研究还探讨了O-抗原链长缩短对细菌细胞物理化学性质的影响。通过动态光散射（DLS）和电泳光散射（ELS）方法测量了细胞的水动力直径和ζ电位，发现链长缩短的突变株在水动力直径和ζ电位方面表现出明显的差异。同时，通过盐聚集实验评估了细胞表面的疏水性，发现Δ*wzy*突变株表现出更高的疏水性。这些结果提示，O-抗原链长的缩短可能影响细菌细胞表面的相互作用能力，从而影响其在不同环境中的附着和聚集行为。

研究还通过荧光显微镜观察了突变株的自聚集能力，发现Δ*wzy*和Δ*wzz*_STΔ*wzz*_fepE突变株表现出更强的自聚集能力。这表明，O-抗原链长的缩短可能促进细菌的聚集行为，从而影响生物膜的形成。此外，通过外膜蛋白组的质谱分析，研究发现某些与LPS合成相关的蛋白在链长缩短的突变株中表达上调，这可能意味着细菌通过增加这些蛋白的合成来补偿O-抗原缺失带来的影响。

进一步分析表明，O-抗原链长的缩短可能通过影响细胞表面的电荷分布和疏水性，从而改变细菌的物理化学特性。这种改变不仅影响了细菌的自聚集能力，还可能对其在不同培养基中的生物膜形成能力产生影响。例如，在营养丰富的BHI+G培养基中，O-抗原链长缩短的突变株表现出较低的生物膜生物量，而在营养较简单的LB培养基中，生物膜生物量却有所增加。这表明，O-抗原链长的变化与培养基成分密切相关，不同的环境条件可能对O-抗原链长的影响产生不同的反应。

此外，研究还发现，O-抗原链长的缩短可能影响细菌的外膜蛋白组成。例如，50S核糖体蛋白L7/L12和HptG蛋白在链长缩短的突变株中表达上调，而FliC蛋白（与鞭毛相关的蛋白）则表达下调。这些结果表明，O-抗原链长的改变可能影响细菌的蛋白质合成活动，进而影响其生物膜形成能力。研究还发现，某些与LPS合成相关的蛋白在链长缩短的突变株中也表现出上调趋势，这可能意味着细菌通过增强这些蛋白的合成来维持其外膜结构的完整性。

研究进一步探讨了O-抗原链长变化对细菌游泳能力的影响。通过软琼脂平板实验，发现O-抗原链长缩短的突变株表现出更强的游泳能力。这可能与细菌细胞表面的物理化学特性变化有关，例如，由于O-抗原链长的缩短，细胞表面的疏水性增加，从而促进了细胞的运动能力。这一发现与之前关于其他细菌的研究结果部分吻合，表明O-抗原链长的变化可能对细菌的运动能力产生重要影响。

综上所述，本研究揭示了O-抗原链长变化对沙门氏菌生物膜形成和细胞物理化学特性的影响。这些发现不仅有助于理解沙门氏菌的致病机制和环境适应能力，也为未来开发针对沙门氏菌的诊断工具和食品安全防控措施提供了理论依据。此外，研究还表明，O-抗原链长的变化可能影响细菌的外膜蛋白组成，从而对生物膜形成产生间接影响。这些结果强调了O-抗原在细菌与环境相互作用中的重要性，并为进一步研究细菌在不同环境下的行为提供了新的视角。