药用食用同源材料中生物活性化合物作为芽孢萌发抑制剂的虚拟筛选与分子动力学模拟研究

为解决肉制品加工中芽孢污染难题，研究人员通过分子对接和分子动力学(MD)模拟技术，系统筛选了106种药用食用同源材料(MEHMs)中的1242种活性成分与芽孢萌发受体蛋白(GerAA/AB/AC)的相互作用，发现甘草根活性成分通过氢键和疏水作用稳定结合靶点，为开发天然芽孢抑制剂提供了新策略。

　　

在肉制品加工领域，芽孢杆菌(Bacillus)形成的休眠芽孢如同"隐形炸弹"，能耐受高温灭菌并在适宜条件下复苏，导致食品腐败和食源性疾病。传统热杀菌虽能灭活营养细胞，却可能破坏食品质构和营养，且对芽孢效果有限。近年来，基于"萌发-灭活"的策略虽能有效降低芽孢数量，但残留的休眠芽孢仍可能通过萌发异质性引发安全问题。药用食用同源材料(MEHMs)因其兼具药用和食用特性，成为补充防控芽孢的新选择。

为破解这一难题，中国农业科学院等机构的研究团队在《Food Bioscience》发表研究，通过虚拟筛选结合多尺度模拟技术，系统评估了106种MEHMs的1242种活性成分对枯草芽孢杆菌(B. subtilis)萌发受体GerA蛋白的抑制作用。研究采用分子对接技术筛选高亲和力化合物，通过100纳秒分子动力学(MD)模拟分析复合物稳定性，并结合构象动力学验证结合机制。

活性成分富集与筛选
从HERB和PubChem数据库获取7440种MEHMs成分，经类药性筛选得到1242个候选化合物。甘草根被鉴定为生物活性成分最丰富的来源，其活性物质与GerA蛋白亚基具有显著结合潜力。

分子对接揭示结合机制
研究发现clematisprosapogenin-GerAA、xambioona-GerAB和worenine-GerAC三组复合物通过氢键网络和疏水作用稳定结合。特别是worenine与GerAC的结合自由能达-8.5 kcal/mol，可能通过阻碍GerAC介导的构象变化抑制萌发信号传导。

分子动力学验证稳定性
100 ns MD轨迹显示三组复合物均经历初始弛豫后达到稳定状态，RMSD波动小于0.2 nm。MM-PBSA计算证实疏水相互作用贡献超60%的结合能，与对接结果一致。构象聚类分析发现GerAB在结合xambioona后其跨膜螺旋发生显著扭转，可能干扰萌发信号传递。

结论与展望
该研究首次系统阐明MEHMs活性成分通过靶向GerA蛋白复合物抑制芽孢萌发的分子机制，其中甘草来源的worenine展现出最佳抑制潜力。这不仅为开发天然芽孢抑制剂提供理论依据，更创新性地提出"萌发抑制-物理灭活"协同策略，有望解决肉制品加工中芽孢控制的技术瓶颈。研究建立的虚拟筛选-多尺度模拟技术体系，也为其他食品病原体的防控研究提供了方法学参考。