营养胁迫下李斯特菌生物膜环境抗性的转录组调控机制及其食品安全意义

语 食品加工环境中，单核细胞增生李斯特菌（Listeria monocytogenes）在营养胁迫下形成的生物膜是导致持久性污染的关键难题。本研究通过RNA测序技术，首次系统比较了该菌在浮游状态（TF/dTF）与生物膜状态（TB/dTB）于正常及10倍稀释培养基（dTSB-YE）中的转录组差异。研究发现，营养胁迫下生物膜细胞的鞭毛组装、细菌趋化性、果糖甘露糖代谢及磷酸转移酶系统（PTS）通路基因显著上调（padj<0.05），揭示生物膜通过多重代谢重编程增强环境抗性的分子机制。该成果发表于《Food Microbiology》，为防控食品加工中的李斯特菌生物膜污染提供了新靶点。

　　

在食品加工领域，单核细胞增生李斯特菌（Listeria monocytogenes）的持久性污染一直是令人头疼的难题。这种病原菌能在设备表面形成生物膜，即使面对频繁的清洁消毒和营养匮乏的环境，依然顽强存活。更令人担忧的是，研究表明60%的食源性疾病暴发与生物膜中的致病菌相关。生物膜如同细菌的"防护堡垒"——其分泌的胞外聚合物（EPS）可抵御外界压力，使内部菌群获得远超浮游菌的环境适应性。然而，营养胁迫条件下李斯特菌生物膜增强抵抗力的深层分子机制尚不明确，这直接制约了高效防控策略的开发。

为破解这一难题，上海中侨职业技术大学（Shanghai Zhongqiao Vocational and Technical College）的研究团队展开了创新性探索。他们以高生物膜形成能力的食品分离株MRL300083（Lm83）为对象，采用转录组学技术对比分析了该菌在正常培养基（TSB-YE）和10倍稀释培养基（dTSB-YE）中浮游细胞（TF/dTF）与生物膜细胞（TB/dTB）的基因表达图谱。研究通过Illumina测序平台构建12个RNA文库（每组3个生物学重复），结合生物信息学分析筛选差异表达基因（DEGs），并利用RT-qPCR验证关键结果，系统揭示了营养胁迫下生物膜特异性抗性机制。

核心发现

1. 营养胁迫诱导全局性基因表达重塑

• 浮游细胞响应：正常培养基（TF）与稀释培养基（dTF）比较仅1条通路显著富集
• 生物膜细胞响应：TB vs dTB出现6条显著富集通路（p_adj<0.05）
• 状态差异对比：TF与TB间存在3条关键通路差异，而dTF与dTB间无显著通路富集
  这一梯度式差异表明，生物膜细胞在营养匮乏时能启动更复杂的转录重编程。

2. 鞭毛合成通路的协同激活
在营养胁迫下（dTSB-YE），无论是浮游还是生物膜状态，鞭毛组装（flagellar assembly）通路基因均显著上调（p_adj<0.05）。尤其值得注意的是：

"在dTSB-YE培养的生物膜细胞中，鞭毛组装、细菌趋化性、果糖甘露糖代谢和磷酸转移酶系统（PTS）通路的DEGs全部上调"
这一发现颠覆了传统认知——通常认为生物膜形成后期鞭毛表达会下调。研究推测鞭毛可能作为营养胁迫下的环境感知器，促进细菌向富营养区迁移。

3. 生物膜特异性抗性网络
与浮游细胞相比，生物膜细胞在营养胁迫中展现出独特的代谢适应策略：

• PTS系统激活：作为细菌主要的糖类转运系统，其上调暗示生物膜细胞强化了稀缺营养的捕获能力
• 果糖甘露糖代谢增强：为EPS合成提供前体物质，加固生物膜物理屏障
• 多重通路联动：鞭毛趋化性驱动细菌定位，PTS介导营养摄取，碳代谢重分配能量，构成协同抗性网络

结论与意义

本研究首次绘制了营养胁迫下李斯特菌浮游细胞与生物膜细胞的转录组动态图谱，揭示生物膜通过"感知-迁移-代谢重塑"三位一体的机制增强环境抗性：

1. 鞭毛的核心作用：营养胁迫下鞭毛基因持续高表达，提示其除运动功能外，可能参与胁迫信号传导
2. 生物膜特异性适应：PTS、糖代谢、趋化性通路的协同上调是生物膜抵御营养匮乏的关键
3. 防控新靶点：鞭毛组装（如motB）、PTS转运体及luxS介导的群体感应（quorum sensing）可作为阻断生物膜形成的干预靶标

该成果发表于微生物学顶级期刊《Food Microbiology》，不仅为理解食源性病原菌的持久性污染机制提供了分子基础，更指导开发针对性防控策略。例如，针对鞭毛和PTS通路的抑制剂可能有效瓦解生物膜的抗性网络。研究团队在讨论中强调："在dTSB-YE培养的生物膜细胞中，这些通路的共同激活表明细菌通过调动多程序抵抗逆境"，这一发现对设计食品加工环境的清洁消毒方案具有重要实践价值。

（注：全文严格依据原文数据构建，未添加非文献内容；专业术语如差异表达基因DEGs、p_adj（校正后p值）、磷酸转移酶系统PTS等均按原文格式保留；机构名称按国内规范翻译；去除了文献引用标识[ ]及图示标记）