对比生长与腐败特征并结合核心-外围拮抗网络结构揭示了乳品相关假单胞菌亚群中存在不同的生态策略

《Food Microbiology》：Contrasting growth and spoilage traits combined with antagonistic core-periphery network organization reveal distinct ecological strategies among dairy-associated Pseudomonas subgroups

　　

摘要 假单胞菌属是一个分类学上多样化的属，可引起乳制品腐败。尽管其在乳制品中的出现频率很高，但其生态学特征仍知之甚少。本研究利用高通量多性状方法，结合生物因素和非生物因素，对89株主要分离自乳制品的假单胞菌进行了表征。该菌株集合中，P. fluorescens和P. fragi两个亚组以相等比例占主导地位，其次是P. gessardii亚组。在pH和NaCl胁迫条件下，P. fragi和P. fluorescens亚组分别表现出最低和最高的生长能力。与P. fragi亚组相比，P. fluorescens亚组中含有更高比例的产蛋白水解酶和卵磷脂酶菌株。P. gessardii亚组的菌株表现出与P. fluorescens类似的腐败性状，但生长行为更为多变。拮抗网络呈现出嵌套式核心-边缘结构，其中P. fluorescens亚组形成了高度连接的核心，而P. gessardii和P. fragi则占据边缘位置，相互作用较少。总体而言，这些结果表明，尽管两个亚组的流行程度相当，P. fragi和P. fluorescens亚组表现出明显不同的生态策略。这些发现为未来研究生态策略对产品质量影响的探索奠定了坚实的基础。

引言 食品产品通常会受到腐败微生物的污染。这些微生物污染通过降低产品的感官（味道、气味、质地、外观）和营养特性，导致产品质量下降，使其不适合食用，但不一定对消费者造成健康风险。这种腐败是食品浪费的主要原因，而食品浪费是一个具有经济和生态后果的重大全球性问题，正如联合国环境规划署在2021年的报告中强调的那样。根据《食品浪费指数报告》，2019年所有可食用食物中有17%被浪费（联合国环境规划署，2024年）。

假单胞菌能在低温下在牛奶中生长，且其世代时间比其他嗜冷菌种更短（Neumeyer等，1997年）。在冷藏储存期间，它们迅速成为生乳中的优势菌（Maier等，2020年；Zhang等，2020年）。乳制品可能在生产过程的各个阶段受到假单胞菌的污染。牛奶主要在挤奶过程中受到污染，但在热处理步骤之后也可能发生污染，特别是在加工过程中使用的水（Carminati等，2019年）。这些细菌能够在加工工厂中持续存在，因为它们能够形成生物膜，使其具有耐清洁程序的能力（Thomassen等，2023年）。与假单胞菌相关的主要问题是它们即使在低温下也能生长到高水平（高达10?–10? CFU/mL）（Yalew等，2024年），并能产生耐热酶，抵抗巴氏杀菌和超高温（UHT）处理等典型热处理。假单胞菌产生耐热胞外水解酶，包括蛋白酶、脂肪酶和卵磷脂酶（Dogan和Boor，2003年；Quintieri等，2021年），在巴氏杀菌后仍可在牛奶中保留60–70%的活性（Saha等，2024年）。这些酶会导致一系列降解反应，影响乳制品的感官质量和结构完整性。蛋白水解活性导致酪蛋白水解，引起牛奶凝胶化和苦味（De Jonghe等，2011年）、奶酪中的酸败味以及牛奶凝固性能降低（Zhang等，2019年）。脂肪酶将乳脂分解为游离脂肪酸和甘油，可能导致异味（Arslan等，2011年）。卵磷脂酶通过破坏脂球周围的膜，使其更易受脂肪酶的作用，从而参与这一过程（Ray，2004年）。假单胞菌还已知会产生不需要的色素，尤其是在奶酪表面，进一步损害产品质量。例如，已有多个案例描述了马苏里拉奶酪上出现蓝色变色（Carrascosa等，2021年；Martin等，2011年），这是由于存在脱氢靛玉红素（Caputo等，2015年）。假单胞菌还能产生绿脓菌素、绿脓铁素和喹诺细菌素，引起黄绿色或荧光色素（Franzetti和Scarpellini，2007年）。

关于这一问题的一个主要问题是该属的巨大微生物多样性。截至2026年，《原核生物命名名录》（LSPN）收录了371个有效物种。已描述的物种数量不断增加，导致分类不断重组，替代分类体系并存，造成混乱。根据2022年的分类，假单胞菌属分为两个不同的谱系：P. fluorescens谱系和P. aeruginosa谱系。P. fluorescens谱系进一步分为13个组：P. pertucinogena、P. oryzhihabitans、P. resinovorans、P. stutzeri、P. lynilgensis、P. anguiliseptica、P. straminea、P. oleovorans、P. putida、P. lutea、P. syringae和P. fluorescens。P. fluorescens进一步细分为9个亚组：P. asplenii、P. chlororaphis、P. corrugata、P. mandelii、P. koreensis、P. jessenii、P. fragi、P. gessardi和P. fluorescens（Lalucat等，2022年）。谱系、组和亚组名称中的冗余也可能导致在比较不同年份发表的关于假单胞菌多样性的文献时产生混淆。总体而言，乳制品基质中的假单胞菌多样性主要属于P. fluorescens和P. putida组，涉及多个物种。近期研究揭示，主要存在的物种属于P. fluorescens亚组（如P. fluorescens、P. veronii、P. azotoformans、P. lurida等）（ávila等，2025年；Briega等，2025年；Chang等，2024年）、P. fragi亚组（如P. lundensis、P. fragi等）（Aguilera-Toro等，2023年；ávila等，2025年；Briega等，2025年）、P. gessardii亚组（如P. gessardii、P. proteolytica等）（Aguilera-Toro等，2023年；Briega等，2025年；Chang等，2024年），以及在较小程度上属于P. putida组，特别是由P. putida物种代表（ávila等，2025年；Narvhus等，2021年）。许多研究强调了种间腐败潜力的多样性，主要通过酶活性的比较分析来体现（Du等，2022年；Maier等，2020年；Martin等，2011年）。例如，P. fluorescens物种通常被描述为比P. fragi菌株的蛋白水解能力更弱（Maier，2021年）。

尽管在假单胞菌属内已知存在种间表型多样性，但很少有研究探讨乳制品中发现的菌株之间的生态差异。与土壤生态系统不同，关于非生物和生物因素如何塑造乳制品环境中假单胞菌的多样性和生态学，目前所知甚少。此外，鉴于假单胞菌分类学的复杂性，仅凭分类水平可能不足以捕捉这些细菌在乳制品环境中的完整生态多样性。为了更好地控制这些腐败细菌的生长，了解影响其生长和腐败潜力的因素以及这些因素之间的相互作用是很重要的。

在非生物因素中，pH和NaCl浓度在乳制品加工过程中尤为重要，因为它们在空间和时间尺度上变化很大，从生乳中平均pH 6.6到新鲜奶酪中的4.5，以及从生乳中不到0.1%的NaCl到奶酪中的3-6%（Bansal和Veena，2024年；Guinee和Fox，2004年）。这些参数已知直接影响细菌生长动态（Martin等，2022年）。假单胞菌菌株通常能够在pH 4.5下生长，但在更酸性的条件下则不能，而耐盐性仅在有限数量的物种中进行了研究，且似乎在物种间存在差异（Palleroni，2010年）。

大多数可培养微生物之间的相互作用是负面的，并在塑造微生物群落中发挥重要作用（Aguirre-von-Wobeser等，2014年；Foster和Bell，2012年；Ramia等，2020年）。可以利用多种指标来研究相互作用网络的结构，包括嵌套性和模块化。嵌套性描述了一种网络模式，即相互作用较少的物种仅与更具泛化性的物种的合作伙伴子集发生相互作用（Bascompte等，2003年）。模块化（Q）描述了一种网络组织形式，即物种被结构化为不同的子集或模块，模块内部的相互作用比模块之间的更频繁（Newman，2003年）。这些指标有助于识别不同的网络组织形式，包括随机或凝聚结构、团簇或星形配置，以及网络的同类性或异类性（Csermely等，2013年）。在环境假单胞菌中，拮抗相互作用网络通常表现出高度嵌套的结构，其特征是存在一个高互作菌株的核心，而拮抗作用较弱或更敏感的菌株与之发生相互作用（Aguirre-von-Wobeser等，2014年）。

在本研究中，我们从各种乳制品基质建立了一个假单胞菌集合，涵盖乳制品中发现的物种多样性。我们研究了菌株在胁迫条件（pH和NaCl）下的生长能力，以及通过产生蛋白酶、脂肪酶和卵磷脂酶所体现的腐败潜力。此外，我们还调查了菌株间拮抗相互作用的结构，据我们所知，这是首次对乳制品相关假单胞菌进行的生物生态学表征。

采样片段 采样、细菌菌株和培养条件

共从乳制品样品中分离出八十二株假单胞菌。乳清样品（液态或浓缩至35%或95%）直接从法国各地的不同奶酪工厂收集，收集期为六个月。样品在4°C下以无菌容器转运至实验室，并在收集后24小时内用于微生物分析和菌株分离。奶酪从超市收集，储存在带过滤盖的无菌容器中，储存温度为10

假单胞菌集合多样性

假单胞菌从9份生乳样品、33份乳清样品、5份奶酪样品和1个奶酪工厂的3个表面分离获得。假单胞菌在100%的乳清样品和24%的奶酪样品中被检测到。奶酪样品中假单胞菌数量高达10? log CFU/mL，乳清样品中为10? CFU/g。建立了一个包含89株假单胞菌的集合用于进一步分析（表1）。在该假单胞菌分离集合中，57%从乳清中分离（n=51），15%从奶酪中分离

讨论 在本研究中，我们从乳制品基质和相关乳制品环境中分离了89株假单胞菌。我们调查了乳制品中最具代表性的假单胞菌菌株之间存在的生态差异。为此，确定了菌株产生引起腐败的酶和次级代谢产物的能力。此外，研究了菌株在模拟奶酪条件的复合盐和酸胁迫下的生长行为。生长数据用于

结论 在本研究中，我们提供了乳制品相关假单胞菌亚组间存在不同生态策略的证据。P. fluorescens亚组表现突出，表现出最高的腐败潜力以及在pH和NaCl复合胁迫下的生长能力，并在拮抗网络中发挥核心作用。相比之下，与P. fluorescens亚组以相等比例被鉴定出的P. fragi亚组表现出截然相反的生态策略。这些菌株表现出较低的蛋白酶

作者贡献声明（CRediT）

Marcia Leyva Salas：撰写—审阅与编辑，撰写—初稿，可视化，验证，监督，软件，资源，项目管理，方法论，调查，资助获取，形式化分析，数据管理，概念化。Darina Colcanap：撰写—审阅与编辑，撰写—初稿，可视化，方法论，调查，形式化分析，数据管理，概念化。Annelore Elfassy：撰写—审阅与编辑，项目管理，

未引用参考文献

Lalucat等，2020年。

利益冲突

作者声明，他们没有已知的竞争性经济利益或个人关系可能影响本文所报告的工作。

数据可用性

本研究中使用的数据集和代码可在数据仓储Recherche Data Gouv中找到，DOI：https://doi.org/10.57745/UJHF70

出版伦理

在准备本工作过程中，作者使用了DeepL和Grammarly以提高可读性和语言质量，并使用了ChatGPT（OpenAI）协助R编程。使用该工具后，作者根据需要审阅和编辑了内容，并对出版物内容承担全部责任。

资金来源

本研究部分由法国"France 2030"计划"洛林卓越倡议"支持，编号ANR-15-IDEX-04-LUE

利益冲突声明

? 作者声明，他们没有已知的竞争性经济利益或个人关系可能影响本文所报告的工作。

致谢

我们感谢Myriam Schivi提供的卓越技术支持。

Darina Colcanap | Marcia Leyva Salas | Mohammed Khatbane | Annelore Elfassy | Alexis Dijamentiuk | Noemie Wiatrak | Cécile Mangavel | Anne-Marie Revol-Junelles | Frédéric Borges

LIBio，洛林大学，法国南锡54000