基于代谢组学和基因组学方法探索贝莱斯芽孢杆菌BP1抗菌化合物对食源性致病菌的抑制作用

为解决食源性致病菌污染问题，研究人员通过OSMAC、代谢组学和基因组学方法，从无刺蜂面包中分离的贝莱斯芽孢杆菌BP1中筛选出对金黄色葡萄球菌和鼠伤寒沙门氏菌具有显著抑制作用的抗菌化合物，发现P-TSB和S-TSB-Chi提取物效果最佳，结合分子对接揭示了bacillibactin等化合物的强结合活性，为天然食品防腐剂开发提供新思路。

　　

食源性致病菌污染是威胁公共健康的全球性问题，金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）和鼠伤寒沙门氏菌（Salmonella enterica Typhimurium）是常见的食源性病原体，可引发严重疾病并造成经济损失。传统抗生素的过度使用导致耐药性问题日益严峻，亟需开发新型天然抗菌剂。无刺蜂（Heterotrigona itama）蜂面包作为特殊生态环境，蕴藏丰富微生物资源，其中芽孢杆菌属（Bacillus）以产生多样化次级代谢产物著称，但具体抗菌机制尚待深入解析。

针对这一科学问题，印度尼西亚国家研究与创新署与卡查玛达大学的研究团队在《Journal of Food Protection》发表研究，通过多组学技术揭示了贝莱斯芽孢杆菌（Bacillus velezensis）BP1的抗菌潜力。研究采用OSMAC（一株菌多化合物）策略培养菌株，结合FTIR、LC-HRMS和全基因组测序等技术，发现其代谢产物能有效抑制致病菌生长，并通过分子对接阐明关键化合物的作用靶点。

方法概述
研究从无刺蜂蜂面包分离贝莱斯芽孢杆菌BP1，使用TSB、TSB-Chi等6种培养基进行OSMAC培养，通过微稀释法测定提取物对标准菌株（ATCC 25923和ATCC 14028）的IC₅₀
。采用FTIR分析功能基团，LC-HRMS鉴定代谢物，全基因组测序挖掘生物合成基因簇（BGC），最后通过AutoDock Vina进行分子对接验证。

结果解析

1. 提取物筛选：P-TSB（253.5 ppm）和S-TSB-Chi（740.28 ppm）对两种致病菌抑制效果最佳，FTIR显示酰胺I基团（1704 cm^-1
   ）是区分提取物的关键变量。
2. 代谢组学特征：LC-HRMS鉴定出19种共有化合物，其中bis(4-ethylbenzylidene)sorbitol和cyclo(phenylalanyl-prolyl)对PBP1/PBP4和pabB/murJ靶点具有强结合活性（结合能-7.8至-10 kcal/mol）。
3. 基因组挖掘：发现12个BGC，其中bacillibactin（铁载体）与所有靶点结合能最优（-9.6至-12.4 kcal/mol），显著优于氨苄青霉素对照。
4. 功能验证：生长曲线显示P-TSB使鼠伤寒沙门氏菌滞后期延长3小时，SEM证实提取物破坏菌体形态但未完全抑制生物膜形成。

结论与意义
该研究首次系统阐明了贝莱斯芽孢杆菌BP1通过差异培养基诱导产生多种抗菌化合物的机制，其中bacillibactin和环二肽类物质通过干扰肽聚糖合成（peptidoglycan）和叶酸代谢（folate biosynthesis）发挥抑菌作用。研究创新性地将OSMAC策略与多组学技术结合，不仅为天然食品防腐剂开发提供候选分子，也为微生物次级代谢产物的定向挖掘建立方法论范式。未来需进一步优化提取工艺并评估实际食品基质中的应用效果，以推动从实验室研究向产业转化的进程。