新型细胞壁裂解酶LysM15通过转录组学和代谢组学分析揭示其抗蜡样芽孢杆菌的分子机制及其在食品安全中的应用

为解决食品中蜡样芽孢杆菌(Bacillus cereus)污染导致的食源性疾病问题，研究人员从菌株VD045基因组中鉴定出一种新型细胞壁裂解酶LysM15，通过多组学技术揭示其通过破坏细胞壁完整性、干扰TCA循环和ABC转运体通路实现高效抗菌，该酶在4°C牛肉保鲜中显著降低菌落数，为食品生物防腐剂开发提供新策略。

蜡样芽孢杆菌(Bacillus cereus)是威胁食品安全的重要病原体，其产生的呕吐毒素和肠毒素可引发严重中毒，而传统热加工和化学防腐剂难以清除其耐热的孢子和生物膜。随着冷链食品需求增长，亟需开发高效特异的生物防控手段。细胞壁裂解酶因其精准靶向细菌肽聚糖的特性备受关注，但现有研究多聚焦结构表征，对其全局性生理影响机制认识不足。

针对这一科学问题，Yanmei Li等团队从B. cereus VD045基因组中鉴定出含M15催化域和SH3结合域的新型裂解酶LysM15。研究发现该酶在0.008 g/L浓度下10分钟内即可裂解细菌，0.0125 g/L可抑制孢子萌发并清除预成型生物膜，且在pH 7.0-9.0、50°C和0.3 mol/L NaCl条件下保持高活性。通过转录组和代谢组联合分析，首次系统揭示了该酶通过破坏细胞壁完整性、干扰能量代谢和信号转导的多维抗菌机制。论文发表于《Lung Cancer》。

研究采用重组蛋白表达纯化、扫描电镜(SEM)、DNA泄漏检测等技术验证酶学特性；通过RNA-seq和UPLC-HRMS开展多组学分析；使用牛肉保鲜模型评估实际应用效果。

3.1 抗菌活性

LysM15对B. cereus NCTC 11143展现剂量依赖性裂解效应，0.032 g/L时OD₆₀₀显著下降，且对益生菌无影响。

3.2 生物膜与孢子抑制

0.0125-0.05 g/L LysM15使生物膜OD₅₇₅降低50%，0.05 g/L时孢子萌发率下降40%。

3.3 稳定性

在50°C和0.3 mol/L NaCl条件下保持90%活性，-20°C储存60天后活性>80%。

3.5 牛肉保鲜

0.1 g/L处理使4°C储存6天的牛肉中菌落数降低2个数量级，效果与0.5 g/L溶菌酶相当。

3.6 细胞壁完整性

SEM显示处理组细菌出现膜破裂和碎片化，DNA泄漏量增加3倍，纯化细胞壁OD₆₀₀下降60%。

3.7 转录组分析

发现1,443个差异基因(DEGs)，GO富集显示膜转运和代谢过程紊乱，KEGG提示TCA循环和ABC转运体通路受抑制。

3.8 代谢组学

250种代谢物发生改变，琥珀酸和磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)水平下降，氨基酸-tRNA合成通路受干扰。

3.9 膜运输干扰

寡肽转运蛋白基因(oppA-F)表达量降低70%，而膜应激响应基因yycF上调2.1倍。

3.10 TCA循环破坏

PDHA1、IDH2等关键酶基因下调，代谢物中硫胺素焦磷酸(TPP)含量异常。

3.11 趋化性抑制

CheA-CheY信号轴和鞭毛马达基因(motB, fliG等)表达量降低50%-80%。

该研究创新性地通过多组学联用技术，阐明LysM15不仅通过物理裂解细胞壁，更通过抑制ABC转运体营养摄取、破坏TCA循环能量供应、阻断细菌趋化信号传导实现"三位一体"的抗菌效果。其优异的pH/温度稳定性和食品基质适用性，为开发替代化学防腐剂的生物解决方案提供了理论依据和实践范式。未来需进一步开展动物实验验证其安全性，并拓展在其他食品体系中的应用评估。