微酸性电解水胁迫下枯草芽孢杆菌与肠炎沙门氏菌的差异生存与耐受机制研究

《Applied and Environmental Microbiology》：Differential survival and tolerance mechanisms of Bacillus subtilis and Salmonella Enteritidis under slightly acidic electrolyzed water stress

本研究系统揭示了微酸性电解水（SAEW）对食源性致病菌（肠炎沙门氏菌）与益生菌（枯草芽孢杆菌）的选择性杀菌效应及其分子机制。通过单菌与共培养实验证实，SAEW在有效杀灭病原菌的同时，能够保留有益微生物的活性。机制研究表明，二者在膜完整性、活性氧（ROS）积累、ATP代谢及抗氧化酶（SOD、CAT、GSH-Px）响应等方面存在显著差异，为SAEW在食品安全生产中的精准应用提供了理论依据。

　　

微酸性电解水胁迫下枯草芽孢杆菌与肠炎沙门氏菌的差异生存与耐受机制

引言

肠炎沙门氏菌（S. Enteritidis）是重要的食源性致病菌，全球每年导致约9380万例疾病和15.5万例死亡。传统消毒方法如热处理或化学消毒剂存在局限性，而微酸性电解水（SAEW）因其低腐蚀性、广谱抗菌性和环境兼容性成为一种有前景的消毒策略。SAEW的主要杀菌成分次氯酸（HClO）能有效灭活多种微生物，但其对有益微生物（如枯草芽孢杆菌B. subtilis）的影响尚不明确。本研究通过比较SAEW胁迫下B. subtilis（模型益生菌）与S. Enteritidis的生存差异及耐受机制，旨在为SAEW在食品系统中的选择性应用提供理论依据。

材料与方法

研究采用S. Enteritidis（BNCC-103134）和B. subtilis（BNCC-109047）菌株，通过单菌培养、共培养及SAEW处理（有效氯浓度ACC为10–70 mg/L）评估细菌生存率。利用线性回归和逻辑回归分析数据，并通过测定膜完整性（蛋白质和核酸泄漏）、ATP含量、ROS水平及抗氧化酶（SOD、CAT、GSH-Px）活性揭示耐受机制。扫描电子显微镜（SEM）观察细胞形态变化。

单菌胁迫下的生存差异

在单菌系统中，SAEW处理90秒后，B. subtilis在70 mg/L ACC下仍存活（从7.82降至3.99 log CFU/mL，P< 0.05），而S. Enteritidis在40 mg/L ACC时完全失活。线性回归显示，S. Enteritidis的灭活斜率（-0.1935）约为B. subtilis（-0.0553）的3.5倍，表明前者对SAEW更敏感。

共培养系统中的竞争性生存

在共培养24小时后，SAEW处理（10–50 mg/L ACC）下，B. subtilis的存活数始终显著高于S. Enteritidis（P< 0.05）。在50 mg/L ACC时，S. Enteritidis完全失活，而B. subtilis保留4.94 log CFU/mL，表明其耐受优势在混合环境中依然存在。

胁迫后动态恢复

SAEW处理（50 mg/L ACC）后，S. Enteritidis持续下降至40小时完全消失，而B. subtilis在32小时后恢复至8.0 log CFU/mL以上，显示其强大的应激恢复能力。这表明SAEW虽能广谱杀菌，但益生菌可通过内在修复机制实现再生。

耐受机制解析

1. 1.
   膜完整性破坏：SAEW引起二者细胞内蛋白质和核酸泄漏，但S. Enteritidis泄漏程度更高（P< 0.05）。SEM显示S. Enteritidis细胞严重皱缩裂解，而B. subtilis仅轻微变形，归因于其厚肽聚糖层和饱和脂肪酸膜结构。
2. 2.
   ATP代谢紊乱：SAEW处理后，两菌ATP含量均下降（B. subtilis从0.86降至0.54单位，S. Enteritidis从0.87降至0.59单位，P< 0.05），可能与HClO破坏电子传递链（ETC）有关。
3. 3.
   ROS积累与抗氧化响应：S. Enteritidis的ROS水平显著上升（从46.59至53.2单位，P< 0.05），且SOD、CAT、GSH-Px活性被抑制；而B. subtilis的ROS无显著变化，三种抗氧化酶活性均上调（P< 0.05），表明其通过PerR等调控系统激活抗氧化防御。
4. 4.
   机制整合：B. subtilis通过强化抗氧化酶活性和结构稳定性抵御SAEW胁迫，而S. Enteritidis因膜损伤、ROS累积和抗氧化系统崩溃导致死亡。

结论

SAEW对S. Enteritidis和B. subtilis具有选择性杀菌作用，其差异源于膜结构、能量代谢和氧化应激响应的不同。B. subtilis的耐受性及恢复能力支持SAEW作为靶向消毒剂在食品加工中应用，既能控制病原菌，又保护有益微生物群落。未来需通过转录组学等手段深入解析分子调控网络。