由干燥胁迫引起的沙门氏菌肠炎亚种（Salmonella enterica subsp. enterica）阿戈纳血清型（serovar Agona）转录组改变

《Food Quality and Preference》：Transcriptome alteration induced by desiccation stress in Salmonella enterica subsp. enterica serovar Agona

沙门氏菌Agona通过RNA测序分析揭示其低水分环境存活机制，包括1114个差异表达基因（646 downregulated、468 upregulated），代谢途径和翻译抑制降低生长，毒力基因如致病性岛屿基因在24小时后激活，基因敲除实验显示kdp、ccm、tisB对存活影响显著。

　　这项研究聚焦于一种名为沙门氏菌Agona（S. Agona）的食源性病原体，探讨其在低水分食品（LMF）中的生存机制及其对病原特性的影响。沙门氏菌Agona曾多次引发跨州的与谷物相关的爆发事件，分别发生在1998年和2008年，这表明其在低水分食品环境中的顽强生存能力。通过全基因组测序，研究人员发现该菌在低水分食品行业中能够持续存在长达十年，随后重新出现并表现出更强的致病性。研究的目标是揭示S. Agona在低水分食品中生存的分子机制，并分析这些机制如何影响其生理特性。

研究采用了RNA测序技术，以比较该病原体在极端环境下的适应能力。结果显示，在应对干燥胁迫时，S. Agona共有1114个差异表达基因（DEGs），其中646个基因表达下调，468个基因表达上调。这些差异表达基因的分析表明，下调的基因主要与代谢途径相关，其次是与翻译相关的基因，暗示了在生存状态下，该菌的生长速度减缓。此外，研究还发现，与致病性相关的基因，包括与沙门氏菌致病性岛（Pathogenicity Island）相关的基因，在最初阶段并未表达，但在24小时后出现了上调现象。这些上调的基因包括kdp、ccm和tisB，它们分别与生长、代谢和持久性形成密切相关。

kdp基因的功能在于减少细菌的复制速率，从而帮助其在低水分环境中维持生存。ccm基因则与减少分子氧的消耗有关，使细菌在低氧条件下能够更有效地适应环境。tisB基因则与持久性形成有关，使细菌能够在不利条件下进入一种休眠状态，从而提高其在低水分食品中的存活能力。研究人员进一步通过基因敲除技术，对这三个基因进行了研究，并评估了突变菌株在干燥胁迫下的生存能力。结果表明，与野生型相比，突变菌株的存活能力下降了约1至2个对数单位，这一差异具有统计学意义（P > 0.05）。这些数据表明，S. Agona在低水分食品中生存的关键在于能量的保存、代谢的降低以及复制的减少。

低水分食品（LMF）是指水分活性（a_w）低于0.85的食品，这类食品通常包括谷物、香料、坚果、干果和乳粉等。低水分活性会显著抑制大多数微生物的生长和存活，因为水分是微生物生命活动的基本条件。然而，某些病原体，如沙门氏菌、蜡样芽孢杆菌、克罗诺杆菌、梭菌属、大肠杆菌O157:H7、李斯特菌和金黄色葡萄球菌等，却能够适应这种极端环境，并在其中长期存活。这些病原体的存在对食品安全和公共健康构成了严重威胁。

根据相关数据，2012年至2020年间，与低水分食品相关的爆发和召回事件中，近82%是由不同血清型的沙门氏菌引起的，其中15%的爆发与谷物和谷物制品有关。沙门氏菌Agona作为沙门氏菌中最常报告的病原血清型之一，已被多次与低水分食品相关的爆发事件联系起来，尤其是在美国以外的地区。在美国，2008年曾报告一次由Malt-O-Meal谷物引发的跨州爆发，这是继1998年首次爆发后的又一次事件。通过对两个爆发事件中分离菌株的全基因组测序和单核苷酸多态性（SNP）分析，研究人员发现这两个菌株之间仅有7至8个SNP差异，这表明它们在遗传上非常接近，也进一步强调了S. Agona在低水分食品环境中的持久性和适应能力。

尽管已有许多研究探讨了其他沙门氏菌血清型在低水分食品中的生存机制，但对S. Agona的关注相对较少。然而，由于其与多种低水分食品相关爆发的关联，深入研究其生存机制显得尤为重要。本研究通过RNA测序技术，结合特定的基因敲除和突变株评估，揭示了S. Agona在低水分食品中的适应策略。与以往研究不同，本研究特别关注了相对湿度低于25%的极端环境，这种条件对细菌的生存提出了更大的挑战。此外，研究中使用的是与爆发菌株克隆相似的菌株，这可能在遗传上表现出与常用参考菌株（如沙门氏菌Typhimurium SL1344和沙门氏菌Enteritidis ATCC BAA-1045和PT30）不同的变异特征。

在实验过程中，研究人员使用了两种冷冻保存的S. Agona菌株（CFSAN000471和CFSAN000477），这些菌株是从美国食品药品监督管理局（FDA）人类食品项目数据库中获得的。这两个菌株最初均是从谷物中分离的，但只有CFSAN000477被用于后续的转录组分析和基因敲除实验。为了准备这些菌株进行研究，首先在胰蛋白胨大豆肉汤（TSB）中复苏菌株，以确保其活性。随后，将菌株接种到低水分食品环境中，以模拟实际的食品储存条件，并在不同时间点采集样本进行分析。

研究结果表明，S. Agona在低水分食品中的生存能力与其基因表达的变化密切相关。在干燥胁迫下，其基因组表现出显著的调控变化，其中部分基因的表达水平下降，另一部分则上升。这些变化可能反映了细菌在适应低水分环境时的策略，例如通过减少代谢活动来保存能量，或通过降低复制速率来避免资源的过度消耗。同时，某些与致病性相关的基因在最初阶段并未表达，但在长时间的干燥环境中开始上调，这可能表明这些基因在细菌进入持久状态后才被激活，从而在恢复水分条件时能够迅速恢复活性并表现出更强的致病性。

此外，研究还发现，某些基因的敲除显著降低了细菌在低水分环境中的存活能力。这表明这些基因在细菌的生存和适应过程中起到了关键作用。通过进一步分析这些基因的功能，研究人员能够更深入地理解S. Agona在低水分食品中的生存策略，并为未来的食品安全防控提供理论依据。这些发现对于食品行业和监管机构具有重要意义，有助于制定更有效的措施，以减少沙门氏菌在低水分食品中的污染风险，防止相关疾病的爆发。

总体而言，这项研究揭示了S. Agona在低水分食品中的生存机制，表明其通过调整基因表达、降低代谢和复制速率、以及激活特定的致病性基因来适应这种极端环境。这些机制不仅帮助细菌在不利条件下维持生存，还可能在恢复水分条件时增强其致病能力。因此，深入研究这些分子机制对于理解沙门氏菌在低水分食品中的行为至关重要，并为未来的食品安全防控提供新的思路和方法。