牛奶促进金黄色葡萄球菌形成复杂蛋白富集生物膜并限制噬菌体清除策略的效果研究

为解决金黄色葡萄球菌(S. aureus)在乳制品工业中形成顽固生物膜的问题，研究人员开展噬菌体Kayvirus rodi和裂解蛋白LysRODIΔAmi的协同抗菌研究。发现牛奶环境促进形成以蛋白质(主要为酪蛋白)为主的致密生物膜结构，显著增强细菌耐药性。尽管联合处理在培养基中展现协同效应(4.35-5.57 log减少)，但牛奶基质使抗菌效率降低至1 log以内。突破性发现噬菌体在牛奶缓冲体系中的预防效果优于培养基，为乳制品安全生产提供新策略。

　　

在乳制品生产链条中，金黄色葡萄球菌(S. aureus)形成的生物膜(Biofilm)如同顽固的"细菌堡垒"，不仅成为污染源，更可能产生导致食物中毒的肠毒素。这种包裹在自我分泌的胞外聚合物(EPS)中的微生物群落，在营养丰富的牛奶环境中展现出惊人的适应性——牛奶中的酪蛋白等成分被整合进生物膜基质，形成物理和化学的双重屏障，使传统清洁手段收效甚微。更严峻的是，耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(MRSA)可能通过该途径进入食物链，威胁公共卫生安全。

针对这一挑战，来自西班牙的研究团队在《LWT》发表创新研究，系统比较了噬菌体Kayvirus rodi(10⁸ PFU/ml)和改造裂解酶LysRODIΔAmi(4 μM)在牛奶与标准培养基(TSBg)中对S. aureus生物膜的清除效果。研究采用多组学方法：通过扫描电镜(SEM)观察生物膜超微结构差异，利用转录组测序(RNA-seq)解析代谢通路变化，结合酶解实验(蛋白酶K/DNase I/分散素B)分析基质成分，并建立量化模型评估抗菌协同效应(FIC指数)。实验菌株包含临床分离株15981和奶牛乳腺炎源菌株Sa7、V329。

3.1 S. aureus在牛奶中形成高密度生物膜
研究发现所有测试菌株在牛奶和TSBg中均能形成高密度生物膜(8.44-9.34 log CFU/mL)，其中不锈钢表面生物膜量比聚苯乙烯减少约1.5 log单位。牛奶培养的生物膜呈现特征性白色，暗示酪蛋白的整合。

3.2 牛奶缓冲体系延缓pH下降
代谢监测显示TSBg中pH降至4.48-4.79，显著低于牛奶环境(5.11-5.76)。这种差异反映菌株对乳糖与葡萄糖代谢的效率差别，酸性环境可能通过增强带正电蛋白与EPS的静电作用稳定生物膜结构。

3.3 牛奶生物膜呈现蛋白主导型基质
酶解实验揭示蛋白酶K对牛奶生物膜的分解效果(34.14-56.11%)显著优于分散素B，而后者对TSBg生物膜更有效(40.55%)，证实牛奶环境促使生物膜从多糖基质向蛋白主导型转变。

3.4 SEM显示牛奶生物膜结构复杂性
25,000倍电镜显示牛奶生物膜具有更密集的蛋白网络和孔隙结构，细菌细胞被完全包裹在基质中，而TSBg生物膜则呈现均一化的细胞聚集形态。

3.5 转录组揭示代谢重编程
RNA-seq鉴定469个差异表达基因(>2倍)，牛奶组上调lac操纵子(lacB/lacD/lacE)和ica操纵子(icaA-D)，显示菌株优先利用乳糖并增强胞间多糖黏附素(PIA)合成。相反，TSBg组激活精氨酸脱亚胺酶途径(arcA-D)和三羧酸循环基因(sdhA/B)。

3.6 牛奶生物膜对抗菌处理产生抗性
4小时联合处理对TSBg生物膜效果显著(4.35-5.57 log减少)，但对牛奶生物膜仅产生0.6 log减少。延长处理至24小时出现细菌再生现象，表明牛奶基质持续保护作用。

3.7 噬菌体在牛奶中预防效果突出
预防性实验中，phiIPLA-RODI在牛奶中的抑菌效果(1.5-2.7 log减少)反超TSBg组，可能与牛奶的缓冲能力(Ca²⁺/Mg²⁺稳定噬菌体)有关。联合处理对牛奶生物膜预防达到4.57-4.89 log减少，展现协同效应(FIC指数0.444)。

这项研究首次系统阐释牛奶如何通过物理化学和分子生物学双重机制增强S. aureus生物膜抗性。虽然蛋白富集基质降低现有抗菌方案效率，但发现噬菌体在牛奶环境中的稳定性优势为防控提供新思路。研究强调食品安全控制方案必须考虑实际食品基质特性，为开发含酪蛋白水解酶的联合处理方案奠定理论基础。突破性证实噬菌体-裂解酶"双剑合璧"策略可有效预防生物膜形成，这对乳制品工业卫生标准制定具有重要指导价值。