非编码小RNA MicA调控鼠伤寒沙门氏菌的生物膜形成

《Food Microbiology》：The non-coding small RNA MicA regulates biofilm formation in Salmonella Typhimurium

　　

摘要

本研究探讨了小RNA（sRNA）MicA在沙门氏菌生物膜形成中的调控作用，并鉴定了影响这一过程的环境因素。以伤寒沙门氏菌血清型鼠伤寒DT104为野生型菌株，构建了ΔmicA突变体，并进行了全面的表型和分子分析。结果表明，不锈钢表面和天然食品基质——尤其是鸡汁和牛肉汁——显著促进了沙门氏菌的生物膜形成。此外，不同血清型菌株之间的生物膜形成能力存在显著异质性。敲除micA不影响浮游生长；然而，micA对细菌运动性、生物膜形成、耐干燥能力以及黏附和转移至食品接触表面的能力具有正调控作用。这些效应与鞭毛组装、卷曲蛋白产生、纤维素生物合成和群体感应相关基因的上调有关。值得注意的是，仅在聚碳酸酯表面与牛肉汁结合的特殊条件下，ΔmicA突变体的生物膜形成能力才比野生型菌株有所增强。总之，这些发现突出了MicA在沙门氏菌生物膜调控网络中的核心作用，鉴定了食品加工环境中高风险的表面-基质组合，并为开发靶向生物膜防控策略以提高沙门氏菌污染管理水平提供了理论基础。

引言

沙门氏菌仍是全球范围内导致食源性疾病的主要原因之一。非伤寒型沙门氏菌（NTS）血清型主要引起自限性胃肠炎，在某些情况下还可导致侵袭性肠外感染，而伤寒沙门氏菌血清型伤寒导致严重的全身性疾病，包括伤寒和脾肿大[1], [2]。根据世界卫生组织（WHO）数据，NTS感染每年影响全球近十分之一的人口，造成约3300万伤残调整生命年（DALYs），是全球四大腹泻病主要原因之一^[3]。全球范围内，伤寒沙门氏菌血清型鼠伤寒和肠炎分别从牲畜和禽肉中频繁分离获得，同时也是人类病原体[4], [5]。由这些病原体引起的感染占细菌性食源性疾病的70–80%，凸显了控制肉类加工过程中沙门氏菌污染的迫切需要，以确保食品安全[6], [7], [8]。

生物膜形成是一种关键的生存策略，使沙门氏菌能够在环境压力下持久存活。面对不利条件，如营养限制或缺氧，细菌产生胞外多糖物质（EPS），形成包裹细胞并促进其粘附于生物和非生物表面的三维基质，包括食品加工设备和医疗器械[9], [10], [11]。这种生物膜基质显著增强了细菌对抗生素、消毒剂和宿主免疫防御的耐受性，从而促进了食品加工系统和临床环境中的交叉污染和持续感染[12], [13]。生物膜发育是一个高度协调、多阶段的过程。在初始阶段，鞭毛和I/IV型菌毛介导运动性和表面附着^[14]；在后期阶段，EPS产生确保生物膜群落的结构稳定性和功能成熟[15], [16]。转录调控因子CsgD是该过程中的核心枢纽，控制卷曲蛋白和纤维素生物合成。其表达受到复杂的多层调控，包括与鞭毛基因网络的反馈相互作用以及通过环二鸟苷酸（c-di-GMP）信号通路的调节[17], [18]。

越来越多的证据表明，小调控RNA（sRNAs）构成了沙门氏菌生物膜调控的另一个重要且必要的层次。sRNAs通常通过与靶mRNA碱基配对相互作用——往往由RNA伴侣蛋白Hfq辅助——来调节mRNA稳定性和翻译，从而影响鞭毛运动性、EPS产生和群体感应（如LuxS/AI-2系统）等关键途径[19], [20]。在这些调控因子中，MicA是一种位于gshA和luxS基因之间的74个核苷酸sRNA^[21]。在大肠杆菌中，MicA已被证明可以调节外膜蛋白和与生物膜形成相关的基因[22], [23]。有趣的是，在鼠伤寒沙门氏菌中敲除或沉默luxS不会显著改变生物膜表型，由此提出了micA可能同时受到luxS破坏影响并可能独立参与生物膜调控的假设^[20]。尽管有这些观察结果，MicA调节沙门氏菌生物膜形成的精确分子机制在很大程度上仍未得到阐明。尚不清楚MicA是直接靶向参与EPS合成和运动性的特定mRNA，还是通过c-di-GMP或鞭毛调控回路等全局信号通路间接发挥调控作用。

在本研究中，我们系统地探讨了MicA在沙门氏菌生物膜形成中的作用。通过整合表型表征与分子分析，我们旨在阐明潜在的调控机制，并澄清MicA对生物膜相关持久性的贡献。这些发现为靶向生物膜干预策略提供了理论基础，并可能有助于改善食品生产环境中沙门氏菌污染的防控。

章节摘要

细菌菌株和培养条件

本研究中使用的所有菌株均属于肠沙门氏菌，包括肠炎血清型（S1, CICC21482; S5, CMCC50041; S10, CICC21527）、布伦代血清型（S2, CMCC50015）、副伤寒A血清型（S3, CICC21512）、猪霍乱血清型（S4, CICC21493）、副伤寒B血清型（S6, CICC21495）、都柏林血清型（S7, CICC21497）和猪霍乱达卡变异株（S8, CICC21501），以及鼠伤寒DT104菌株（ATCC700408）。

鼠伤寒沙门氏菌DT104（ATCC700408）被用作野生型菌株。ΔmicA缺失突变体

沙门氏菌在不同载体材料上的不同培养基中的生物膜形成

关于载体材料的影响，不锈钢（SS）表面显著促进了沙门氏菌的生物膜形成。当以鸡汁作为SS表面的培养基时，S2、S4、S9和S10菌株的最大OD₅₇₀值达到约0.35，超过强生物膜形成的阈值（0.21）。牛肉汁表现出第二强的诱导能力，S2、S4和S9菌株也达到了强生物膜等级。相比之下，

讨论

观察到的生物膜形成差异可归因于两种载体材料表面性质的差异。这些发现与以往研究一致[25], [26], [27]。Oh等人（2009年）报道，表面粗糙度是生物膜形成的关键决定因素，较粗糙的表面促进更多的生物膜发育^[25]。同样，Choie等人（2023年）证明细菌粘附强烈受表面特性影响，粗糙的

结论

总之，本研究阐明了MicA在沙门氏菌生物膜形成中的核心调控作用，并鉴定出不锈钢表面与禽类衍生基质结合是食品加工环境中高风险的污染场景。这些发现为开发靶向控制策略提供了理论基础，包括加强不锈钢设备的消毒和对禽类加工步骤的重点监测。此外，结果还突出了

CRediT作者贡献声明

陈小龙：写作 – 审阅与编辑。江梦杰：概念构思。徐天雷：数据整理。邱若楠：写作 – 审阅与编辑、写作 – 原稿撰写、数据整理、概念构思。吴亚慧：概念构思。周超：概念构思。马智：写作 – 审阅与编辑、经费获取、数据整理、概念构思

未引用参考文献

[36]。

数据可用性声明

本文中的所有数据和材料均已公开。

利益冲突声明

作者声明在发表过程中没有利益冲突。

致谢

本研究由中国国家自然科学基金（批准号 32102099）、浙江省自然科学基金（批准号 Q22C207891）以及中国博士后科学基金（批准号 2021M702895）资助。

马智|邱若楠|徐天雷|周超|吴亚慧|江梦杰|陈小龙

浙江工业大学生物技术与生物工程学院，中国杭州 310014