靶向地衣芽孢杆菌的强效噬菌体KKP_4048和KKP_4049的生物学特性与基因组功能分析及其在食品生物防控中的应用潜力

为解决食品工业中芽孢杆菌污染导致的品质下降问题，研究人员从土壤中分离出靶向地衣芽孢杆菌（Bacillus licheniformis）的烈性噬菌体KKP_4048和KKP_4049。通过生物学特性评估和基因组功能分析，发现这两种噬菌体在pH 3-11和-20°C至60°C条件下保持高稳定性，且基因组不含溶原性标记或抗生素耐药基因。研究证实其能显著抑制宿主生长，为食品生物安全提供了新型防控策略。

　　

研究背景
食品工业长期面临芽孢杆菌污染的严峻挑战，尤其是地衣芽孢杆菌（Bacillus licheniformis）这类耐热孢子形成菌，其孢子能抵抗常规食品加工中的高温、高压和酸性环境，导致罐头蔬菜、果汁、乳制品等腐败变质。更严重的是，孢子萌发后可能升高食品pH值，为肉毒杆菌（Clostridium botulinum）等致病菌创造生长条件。传统消毒方法对生物膜和孢子效果有限，亟需开发新型生物防控手段。噬菌体因其高度特异性裂解能力，成为解决这一问题的潜在方案。

研究机构与成果
波兰农业与食品生物技术研究所的科研团队从马佐夫舍地区土壤样本中分离出两株烈性噬菌体KKP_4048和KKP_4049，通过透射电镜（TEM）确认其属于肌尾病毒科（Myoviridae morphotype），基因组测序显示其为线性双链DNA（dsDNA），长度分别为152,106 bp和154,029 bp，GC含量约39%。研究团队系统评估了其生物学特性、宿主范围及基因组功能，相关成果发表于《Virology》。

关键技术方法
研究采用噬菌体分离纯化技术从土壤样本中获取目标噬菌体；通过透射电镜（TEM）观察病毒形态；利用纳米孔测序技术完成全基因组测序（WGS）和功能注释；采用双层琼脂平板法测定噬菌体效价（PFU mL^-1）；通过一步生长曲线分析潜伏期（LP）、爆发期（RP）和裂解量（BS）；使用自动生长分析仪（Bioscreen C Pro）评估不同感染复数（MOI）下的宿主抑制效果。

研究结果

1. 噬菌体形态与基因组特征
   电镜显示KKP_4048和KKP_4049具有典型的肌尾病毒形态（头部直径约80 nm，尾长120 nm）。基因组分析发现其属于Herelleviridae科Siophivirus属，编码内溶素（endolysin）、穿孔素（holin）等裂解相关基因，但未检测到毒素或抗生素耐药基因。

2. 宿主范围与裂解效率
   测试39株细菌发现，KKP_4048和KKP_4049分别对20.5%和23.1%的菌株有效，主要靶向地衣芽孢杆菌和部分枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）。效率测定（EOP）显示对宿主菌KKP_3373的裂解效率达1.0（完全裂解）。

3. 生长动力学与稳定性
   一步生长曲线显示潜伏期仅15分钟，裂解量分别为7.8和15.9 PFU cell^-1。噬菌体在pH 3-11和-20°C至60°C条件下活性稳定，70°C处理1小时仍保留部分活性。UV照射30分钟导致活性下降99.99%。

4. 基因组比较分析
   通过VIRIDIC软件计算基因组相似性，KKP_4048与Bacillus phage SIOphi相似度达94.2%，而KKP_4049与同一噬菌体相似度为94.1%，支持其分类地位。

结论与意义
该研究首次报道了靶向地衣芽孢杆菌的噬菌体KKP_4048和KKP_4049的完整生物学和基因组特征。其短潜伏期、宽环境耐受性及高效裂解能力，使其成为食品工业中控制芽孢杆菌污染的理想候选。基因组安全性分析（无溶原性标记）为其实际应用奠定基础。未来可通过噬菌体鸡尾酒疗法（phage cocktail）扩大宿主范围，或结合高压处理（HHP）增强孢子清除效果。研究成果为食品生物安全领域提供了新的技术储备，同时丰富了噬菌体资源库。