壁磷壁酸介导金黄色葡萄球菌对食品防腐剂敏感性的分子机制研究

这篇综述揭示了金黄色葡萄球菌（S. aureus）通过壁磷壁酸（WTAs）的电荷排斥、空间位阻及氢键/疏水相互作用等机制，调控其对茶多酚（TP）、脱氢乙酸钠（SD）和ε-聚赖氨酸（PL）等食品防腐剂的敏感性，为理解细菌耐药性发展和食品安全控制提供了新视角。

　　

摘要

金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）作为常见的食源性病原体，其对抗生素和抗菌肽的耐药性与壁磷壁酸（WTAs）密切相关。本研究通过筛选14种常用食品防腐剂，发现WTAs显著影响菌株对茶多酚（TP）、脱氢乙酸钠（SD）和ε-聚赖氨酸（PL）的敏感性。结合遗传学、生物化学和分子动力学模拟，揭示了三种WTA相关保护机制：（1）D-丙氨酰化（D-alanylation）介导的电荷排斥减少防腐剂在细胞周围的聚集；（2）WTA骨架和糖基化通过氢键和疏水作用将防腐剂截留在WTA层；（3）空间位阻降低细胞壁通透性，减少防腐剂与细胞膜的接触。这些发现为食品工业中金黄色葡萄球菌的防控提供了理论依据。

引言

金黄色葡萄球菌的WTAs是锚定在肽聚糖上的多聚物，参与细胞生理和耐药性形成。其结构以聚核糖醇磷酸为主，通过TarO、TarA等酶催化合成，并经TarM/TarS糖基化或DltABCD介导的D-丙氨酰化修饰。WTAs通过调控表面电荷和构象，影响细菌对噬菌体、抗生素及宿主免疫系统的响应。然而，其在食品防腐剂耐受中的作用尚不明确。

材料与方法

研究采用金黄色葡萄球菌标准株ATCC 6538及其ΔtarO突变体，通过MIC测定、电泳分析WTAs、扫描电镜观察形态变化、qRT-PCR检测基因表达、等温滴定量热法（ITC）分析相互作用，并结合分子动力学模拟预测结合模式。

结果

1. WTA依赖性防腐剂敏感性筛选：ΔtarO菌株对TP和SD的敏感性提高2倍，对PL的耐受性增强。
2. 基因表达调控：TP、SD和PL强烈诱导tarO和dltA表达（最高达17.8倍），同时上调LTA和肽聚糖合成基因。
3. 相互作用分析：ITC显示WTAs与防腐剂自发结合（ΔG为-24至-28 kJ/mol），分子模拟揭示TP与WTA磷酸基团氢键结合，SD通过电荷相互作用，PL则依赖D-丙氨酰化位点。
4. 修饰机制影响：D-丙氨酰化抑制（amsacrine处理）增强PL杀菌效果，而tarM缺失降低SD敏感性，tarMS双敲除显著增加PL敏感性。

讨论

WTAs通过多重机制调控防腐剂渗透：

• TP：被WTA层截留，依赖氢键和疏水作用；
• SD：D-丙氨酰化中和负电荷促进结合，糖基化（尤其TarM）产生空间位阻；
• PL：正电荷与D-丙氨酰化排斥，糖基化减少膜接触。ΔtarO菌株因LTA代偿性上调而耐受PL，凸显细胞壁动态修复能力。

重要性

食品工业中防腐剂的广泛使用可能驱动金黄色葡萄球菌通过WTA修饰进化耐药性。本研究阐明了WTAs在细菌-防腐剂互作中的核心作用，为优化防腐策略和评估食品安全风险提供了科学依据。