新型抗菌肽的设计、表征及其在抑制蜡样芽孢杆菌中的应用研究

针对食源性病原体蜡样芽孢杆菌(Bacillus cereus)的防控难题，华南理工大学研究团队通过宿主防御肽(HDPs)的γ-core保守序列设计虚拟AMP库，结合机器学习模型与生物活性检测，筛选出高效抗菌肽XWC26（MIC=2?μg/mL）。该肽能10分钟内杀灭细菌、16?μg/mL抑制芽孢萌发，并通过膜破坏机制发挥作用，在污染大米中2小时完全清除病原体，为食品保鲜提供了新型解决方案。

　　

食源性致病菌引发的食品安全问题日益严峻，其中蜡样芽孢杆菌(Bacillus cereus)因其产毒性和芽孢抗性成为重大威胁。传统抗生素面临耐药性挑战，而抗菌肽(AMP)因其广谱杀菌和不易诱导耐药的特点被视为理想替代品。然而，如何高效设计具有特定靶向性的AMP仍是领域难题。

针对这一挑战，华南理工大学生物科学与工程学院的研究团队创新性地基于宿主防御肽(HDPs)的γ-core保守序列特征，设计出符合[KR]GG[KR]XC[FWY]C[KR]X[KR][FWY]C[LIAV]CXG[KR][KR]模式的虚拟肽库。通过整合机器学习预测模型与体外活性验证，从候选肽中鉴定出对B. cereus具有显著抑制效果的XWC26，相关成果发表于《International Journal of Food Microbiology》。

研究采用三大关键技术：1）基于γ-core结构域的计算机辅助设计构建虚拟AMP库；2）结合支持向量机(SVM)算法的活性预测模型；3）涵盖最小抑菌浓度(MIC)测定、时间-杀菌曲线、芽孢抑制实验和扫描电镜(SEM)观察的多维度活性评价体系。

【AMP筛选与活性验证】

通过96孔板微量稀释法测定，XWC26对B. cereus的MIC低至2?μg/mL，较阳性对照肽melittin提升4倍。时间杀伤实验显示，该浓度下10分钟即可使活菌数下降3个数量级，展现快速杀菌特性。

【作用机制解析】

SYTOX Green染色显示XWC26处理5分钟内即引起膜电位崩溃，扫描电镜观察到细菌表面出现明显孔洞。分子动力学模拟揭示其通过带正电的精氨酸(Arg)残基与磷脂头基相互作用，破坏膜完整性。

【应用性能评估】

在人工污染大米的模型中，16?μg/mL XWC26处理2小时可完全清除107 CFU/g的B. cereus。更值得注意的是，该浓度能有效抑制芽孢萌发，这是常规化学防腐剂难以实现的特性。

该研究不仅证实了基于γ-core结构域设计AMP的可行性，更通过XWC26展现了多重优势：1）突破性杀菌速度（10分钟起效）；2）独特芽孢控制能力；3）在复杂食品基质中保持高效。其膜破坏机制不易诱发耐药性，为开发新型食品保鲜剂提供了模板分子。研究建立的"计算设计-机器学习预测-实验验证"三位一体策略，也为定向开发功能肽提供了方法论参考。特别值得注意的是，XWC26对哺乳动物细胞毒性低于melittin（HC50>128?μg/mL），显示出良好的应用安全性。这些发现将推动AMP从实验室走向食品工业应用，对保障食品安全具有重要意义。