MALDI-TOF MS与FT-IR光谱技术联用实现乳酸菌精准鉴定及耐药性快速分析

语本研究针对食品工业中乳酸菌(LAB)抗生素耐药性扩散的公共卫生风险，结合MALDI-TOF MS（基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱）和FT-IR（傅里叶变换红外光谱）技术，对市售酸奶分离的LAB菌株开展物种鉴定与耐药性分析。研究发现FT-IR光谱特征（3000-2800 cm-1脂肪酸、1800-1500 cm-1蛋白酰胺带、1200-900 cm-1多糖区）与苯唑西林、克林霉素、四环素耐药性显著相关（p<0.05），为食品安全生产提供实时监测新工具。

　　

酸奶中的"隐形威胁"：乳酸菌抗生素耐药性监测技术突破

在追求健康生活的浪潮中，酸奶等发酵乳制品因富含益生菌而广受欢迎。然而，这些看似无害的乳酸菌(Lactic Acid Bacteria, LAB)正悄然成为公共卫生领域的新挑战——随着抗生素在医疗和农业中的广泛使用，耐药基因已渗透至食品产业链。更令人担忧的是，作为发酵核心的乳酸菌不仅可能携带天然耐药性（如细胞壁结构差异导致的固有耐药），还可能通过水平基因转移获得可传播的耐药基因。当消费者长期摄入含耐药菌的食品，肠道可能成为耐药基因的"中转站"，甚至可能通过基因转移将耐药性传递给致病菌。面对这一隐患，传统检测方法（如基因测序或培养法）存在周期长、成本高的局限，亟待开发快速精准的监测技术。

针对这一迫切需求，匈牙利农业与生命科学大学（Hungarian University of Agriculture and Life Sciences）的研究团队创新性地整合两种光谱技术——基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱(MALDI-TOF MS)和傅里叶变换红外光谱(FT-IR)，对18类市售酸奶（含传统乳基和植物基产品）分离的40株LAB开展系统研究。研究人员首先通过厌氧培养分离菌株，利用MALDI-TOF MS实现物种级快速鉴定（可靠性评分>2.0），再通过IR Biotyper系统采集菌株FT-IR光谱（1300-800 cm^-1多糖特征区），结合线性判别分析(LDA)进行表型分型；同步采用Kirby-Bauer纸片扩散法测试苯唑西林、青霉素、克林霉素及四环素耐药性，最终通过卡方检验(Chi² test)建立光谱特征与耐药表型的关联性。

关键研究结果

1. 物种分布与代谢分型

通过MALDI-TOF MS鉴定出5类核心菌种：唾液链球菌嗜热亚种(Streptococcus salivarius ssp. thermophilus)、德氏乳杆菌(Lactobacillus delbrueckii)、类干酪乳杆菌(Lacticaseibacillus rhamnosus)、植物乳杆菌(Lactiplantibacillus plantarum)及嗜酸乳杆菌(Lactobacillus acidophilus)。FT-IR-LDA分析进一步揭示：

• 唾液链球菌嗜热亚种呈现产品依赖性代谢分群：来自同品牌的Z_K2与Z_K3菌株光谱重叠（暗示相同菌株），而T1/T2/T3则显著分离（反映发酵条件差异）。

  

• 类干酪乳杆菌中，MM3/MM5及G1/G2等跨品牌菌株呈现光谱重叠，揭示工业发酵普遍采用标准化发酵剂。

  

• 植物乳杆菌中JS1-JS4聚集成簇，而JS5独立分布，提示菌株功能异质性。

  

2. 抗生素耐药性异质性

耐药性测试显示显著菌株差异：

• 细胞壁抑制剂：所有菌株对青霉素敏感（抑菌圈≥15mm），但类干酪乳杆菌N4对苯唑西林完全耐药（抑菌圈0mm），MI2/MILM1呈中间敏感（18-19mm）；嗜酸乳杆菌G5表现最高敏感性（抑菌圈32mm）。

• 蛋白合成抑制剂：四环素耐药率高达53%（8/15菌株抑菌圈≤14mm），且无过渡敏感型；克林霉素耐药集中于类干酪乳杆菌（MILM1抑菌圈0mm）。

3. 光谱特征预测耐药性

FT-IR聚类与耐药表型呈强关联：

• LDA分组与苯唑西林、克林霉素、四环素耐药性显著相关（Chi²检验p<0.001），克拉默V系数达0.627-0.819。

• 典型关联案例：类干酪乳杆菌N4（苯唑西林耐药）在LDA图中远离敏感菌群；植物乳杆菌MILM3与MI4光谱邻近但克林霉素敏感性迥异（41mm vs 19mm），揭示耐药性可能独立于基础代谢表型。

结论与行业意义

本研究首次证实FT-IR光谱可作为乳酸菌耐药性快速筛查工具：通过捕获细胞膜脂肪酸（3000-2800 cm^-1）、蛋白质构象（1800-1500 cm^-1）及胞外多糖（1200-900 cm^-1）的微小变异，实现耐药表型无创预测。结合MALDI-TOF MS的物种鉴定能力，该联用方案将检测周期从天级缩短至小时级，且单次成本降低60%以上。

从产业视角看，此项突破带来三重变革：

1. 质控升级：酸奶厂商可实时监控发酵罐中耐药菌株增殖，避免耐药基因污染食品链；

2. 菌种优化：益生菌供应商需强化耐药基因筛查（如tetK/tetM基因），本技术可加速安全菌株筛选；

3. 监管赋能：欧盟EFSA已要求益生菌产品标注耐药性数据（EFSA FEEDAP 2018），此方案为合规性检测提供高效工具。

未来研究需深入解析光谱标记的分子机制：例如苯唑西林耐药是否关联细胞壁β-葡聚糖变异？四环素耐药光谱特征是否反映外排泵蛋白表达？通过整合基因组学（如耐药基因PCR）与代谢组学，将进一步释放光谱技术在微生物安全领域的潜力。正如作者在讨论中所强调："当酸奶成为每日膳食，耐药性监测必须从实验室走向生产线——这不仅是技术革新，更是食品企业的社会责任。"

（论文信息：Kocsis T, et al. Application of MALDI-TOF MS and FT-IR spectroscopy in identification and antibiotic resistance profiling of lactic acid bacteria. Appl Microbiol Biotechnol. 2025）