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为探究腐败微生态系统种间互作机制，研究人员构建含荧光假单胞菌、波罗的海希瓦氏菌和约翰逊不动杆菌的混合生物膜模型，发现 P. fluorescens 的 C?-HSL 可被另两菌 “窃听”，增强抗逆性，为生物膜控制提供新策略。
在食品加工与储存的微观世界里，细菌构建的生物膜如同一个个 “顽固堡垒”，不仅加速食物腐败，还能增强菌群对抗生素、消毒剂等不利环境的抵抗力。尤其是混合菌种形成的生物膜，其内部复杂的种间互作机制长期困扰着科研人员 —— 不同细菌如何通过信号交流协调 “攻防策略”？低温等胁迫条件下，它们的竞争与协作又会发生怎样的变化？这些问题的答案，对揭示食品腐败本质、开发靶向控制技术至关重要。
为破解这些谜团，中国研究人员以水产品中三种典型腐败菌 —— 荧光假单胞菌（Pseudomonas fluorescens）、波罗的海希瓦氏菌（Shewanella baltica）和约翰逊不动杆菌（Acinetobacter johnsonii）为对象，构建了混合生物膜模型，深入探究 N - 酰基高丝氨酸内酯（AHL）介导的群体感应（Quorum Sensing, QS）在种间互作中的核心作用。这项研究成果发表在《Food Microbiology》，为理解微生物群落动态及生物膜控制提供了关键线索。
研究主要采用了全基因组测序、转录组测序和表型分析等技术。其中，基因组测序用于解析各菌株的群体感应相关基因组成，转录组测序则聚焦于 C?-HSL 信号分子调控下的基因表达变化，表型分析则通过不同温度条件下的菌群竞争实验，直观展现种间互作的动态过程。实验菌株均分离自海鲜样本，确保了研究体系与实际食品腐败场景的相关性。
基因组特征：菌株间 QS 系统差异显著
全基因组分析显示，荧光假单胞菌 PF07 拥有完整的 LuxI/R 型群体感应系统，包含 luxI（AHL 合成酶基因）和 luxR（受体基因），同时携带大量与生物膜形成（如多糖、鞭毛、菌毛相关基因）和铁获取相关的基因。相比之下，波罗的海希瓦氏菌 S1 和约翰逊不动杆菌 A7 仅含有 LuxR 型受体基因，缺乏对应的 LuxI 合成酶基因，提示它们无法自主合成 AHL，只能通过 “窃听” 其他菌株的信号分子参与群体感应。这种基因组成差异，预示了 PF07 在混合生物膜中可能占据信号主导地位。
表型分析：低温下的竞争策略与信号 “窃听”
在 4℃和 30℃两种温度条件下的混合培养实验表明，荧光假单胞菌 PF07 在低温环境中表现出显著的竞争优势。通过抑制波罗的海希瓦氏菌 S1 的代谢活性，PF07 得以在生物膜中占据主导地位。值得注意的是，S1 和 A7 虽无法合成 AHL，却能感知 PF07 分泌的 C?-HSL 信号分子。C?-HSL 的存在不仅调节了生物膜群落内的种间竞争格局，还增强了菌群对消毒剂的抗性，这种抗性提升可能与其诱导的抗氧化能力增强有关。
转录组机制：C?-HSL 的多重调控网络
转录组分析揭示了 C?-HSL 介导的复杂分子机制：该信号分子可激活多个与氧化应激防御相关的基因表达，包括抗氧化酶合成基因（如超氧化物歧化酶、过氧化氢酶）、铁载体（绿脓菌素）合成基因（用于铁离子螯合以获取竞争优势），以及 ABC 转运蛋白和双组分系统相关基因（促进物质运输和信号传导）。这些基因的协同表达，有效缓解了细胞内活性氧（ROS）的积累，增强了菌群在胁迫环境下的生存能力。此外，C?-HSL 还可能通过调控能量代谢和跨膜转运途径，进一步巩固荧光假单胞菌的竞争地位。
研究结论与意义：从机制到应用的突破
本研究首次在三种鱼类腐败菌构成的混合生物膜模型中，系统揭示了 AHL 介导的种间通信机制。核心结论包括：1）荧光假单胞菌通过完整的 LuxI/R 系统主导信号传导，其分泌的 C?-HSL 可被波罗的海希瓦氏菌和约翰逊不动杆菌 “窃听”，进而调控群落结构；2）低温条件下，PF07 通过抑制竞争对手代谢和激活抗氧化通路增强适应性；3）C?-HSL 通过多重基因调控网络提升菌群抗逆性，为生物膜的稳定性维持提供了分子基础。
这些发现填补了食品腐败微生态中种间互作机制的研究空白，首次明确了 AHL “窃听” 行为在混合生物膜形成中的关键作用，为开发靶向干扰群体感应的生物膜控制策略（如设计 AHL 类似物或抑制剂）提供了直接理论依据。未来，通过阻断腐败菌间的信号交流，有望打破生物膜的 “防御联盟”，为水产品保鲜、食品加工环境清洁等领域提供创新解决方案，助力减少全球食品腐败造成的资源浪费。
