脱氢松香酸表现出对蜡样芽孢杆菌的多靶点抗菌和抗生物膜活性及其在牛奶保鲜中的应用

《Food Microbiology》:Dehydroabietic Acid Exhibits Multi-Target Antibacterial and Anti-Biofilm Activities Against Bacillus cereus and Application in Milk Preservation

【字体: 大 中 小 】 时间:2026年10月23日 来源:Food Microbiology 5.4

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   摘要本研究系统探讨了脱氢紫杉酸(DHA)对枯草芽孢杆菌的抑菌机制及其应用潜力。DHA对标准菌株、β-内酰胺耐药菌株及乳源性分离株均表现出强效抑菌活性,最低抑菌浓度(MIC)为12.5–25 μg/mL,最低杀菌浓度(MBC)为12.5–50 μg/mL。机制分析包括活/死染色

  

摘要

本研究系统探讨了脱氢紫杉酸(DHA)对枯草芽孢杆菌的抑菌机制及其应用潜力。DHA对标准菌株、β-内酰胺耐药菌株及乳源性分离株均表现出强效抑菌活性,最低抑菌浓度(MIC)为12.5–25 μg/mL,最低杀菌浓度(MBC)为12.5–50 μg/mL。机制分析包括活/死染色、扫描电镜观察及胞内大分子测定,结果显示DHA以浓度依赖性方式破坏细胞膜完整性、损伤基因组DNA完整性并降低全细胞蛋白含量。转录组分析鉴定出1,047个差异表达基因(512个上调,535个下调),其中四个关键功能模块显著下调:ABC转运体系统、支链氨基酸降解、精氨酸生物合成及嘧啶代谢,提示DHA可能同时影响枯草芽孢杆菌的膜转运、氨基酸稳态及核酸合成。DHA还表现出显著的生物膜形成抑制能力,并以浓度依赖性方式抑制枯草芽孢杆菌芽孢萌发。分子对接分析提示DHA与TauB和DhaS等九个候选靶蛋白之间存在潜在的结合相互作用。此外,DHA在100°C加热后仍保留完整抑菌活性。在人工接种枯草芽孢杆菌的脱脂乳中,经0.4 mg/mL DHA处理的样品在7天储存期内平板培养均未检出菌落。DHA在0.2–0.4 mg/mL浓度下未显示显著细胞毒性,且在有效浓度下未改变脱脂乳的感官品质。本研究首次整合了转录组、表型及食品基质的证据,阐明DHA对枯草芽孢杆菌的多靶点抑菌机制,支持其作为乳制品天然抑菌剂的应用潜力。

引言

枯草芽孢杆菌是一种广泛存在于土壤、植物材料、加工环境及多种食品基质(包括乳制品、米制品、肉制品及即食食品)中的革兰氏阳性、产芽孢食源性病原菌(Tirloni et al., 2022; Yang et al., 2023)。由于其强环境适应性及芽孢对热、干燥等胁迫的高度耐受性,枯草芽孢杆菌对食品安全及食品腐败控制构成持续威胁(Abdul & Pavoni, 2025)。重要的是,该微生物可通过分别产生cereulide和肠毒素引起两种不同的食源性疾病(呕吐型和腹泻型),对全球公共卫生构成重大风险(Meng et al., 2022)。除产毒潜力外,枯草芽孢杆菌因其形成生物膜的能力和日益增长的抗生素耐药性而受到越来越多的关注。对于枯草芽孢杆菌而言,生物膜形成在其于食品加工环境及食品接触表面的持续存活中发挥关键作用(Lin et al., 2022)。由于生物膜常存在于食品接触表面和设备上,其在枯草芽孢杆菌存活与持续中的作用给食品安全管理带来重大挑战(Ghosh et al., 2024)。许多枯草芽孢杆菌菌株已对常用抗生素产生耐药性,这使控制食源性暴发中的细菌生长变得更加复杂(Xiao et al., 2023)。因此,开发针对枯草芽孢杆菌的抗菌及抗生物膜化合物引起了研究人员的广泛关注。
天然产物,包括植物提取物、精油、肽类及次生代谢产物,已显示出对枯草芽孢杆菌的 promising 抗菌及抗生物膜活性(Ammar et al., 2025; Chen, X. et al., 2025; Ning et al., 2022; Wei et al., 2025)。脱氢紫杉酸(DHA)是一种天然存在的三环二萜树脂酸,主要从松香和松脂中获得。其广谱抗菌、抗生物膜、抗病毒及抗肿瘤活性已引起越来越多的关注(Hao et al., 2022)。已有报道表明DHA及其衍生物对金黄色葡萄球菌和枯草芽孢杆菌等革兰氏阳性菌具有活性,并可破坏细菌膜完整性(Fallarero et al., 2013; Manner et al., 2015)。尽管具有这些 promising 特性,但专门研究DHA对枯草芽孢杆菌抑制作用的研究仍然有限。考虑到该病原菌的固有耐药性及其在食品污染中的相关性,阐明DHA对枯草芽孢杆菌的抗菌机制在科学和实践上均具有重要意义。
多种天然防腐剂已被研究用于控制乳制品中的食源性病原体,但其实际应用常受基质干扰、高有效剂量或感官改变的限制。香芹酚和百里香酚表现出广谱抗菌活性,但在牛奶中需要相对较高浓度且可能导致不受欢迎的味道变化(Wang et al., 2022)。乳过氧化物酶虽获食品使用批准,但在乳制品体系中并非总能有效抑制枯草芽孢杆菌(Huang et al., 2025),而ε-聚-L-赖氨酸对革兰氏阴性菌更具活性(Najjar et al., 2007)。蔗糖月桂酸酯也需要高剂量才能在牛奶中消除枯草芽孢杆菌(Ning et al., 2022)。脱氢紫杉酸(DHA)是一种三环二萜树脂酸,已被报道对革兰氏阳性病原体具有广谱抗菌和抗生物膜活性(Hao et al., 2022; Fallarero et al., 2013; Manner et al., 2015)。然而,DHA与这些天然防腐剂在抗枯草芽孢杆菌活性、安全性及牛奶中感官影响方面的系统比较仍然缺乏。
我们此前的研究报告了DHA存在于车前草提取物中,且该提取物对枯草芽孢杆菌具有抗菌活性(Li et al., 2026b)。DHA被认为是该提取物中的功能性抗菌成分之一。在本研究中,我们评估了DHA对枯草芽孢杆菌的抗菌及抗生物膜活性,并通过转录组分析进一步探讨了其抗菌机制。此外,还在牛奶模型中评估了DHA对枯草芽孢杆菌的抗菌效果。

节选摘要

菌株与试剂

枯草芽孢杆菌 ATCC 11778购自湖北省疾病预防控制中心。枯草芽孢杆菌 ATCC 14579购自中国科学院广东微生物研究所(中国广州),用于芽孢萌发试验。三株临床多重耐药分离株(BCL043、BCL047、BCL054)(Wei et al., 2025)及三株源自常规食品监测的奶粉分离株(BCL139、BCL141、BCL142)在我们此前的工作中被鉴定

DHA对枯草芽孢杆菌的抗菌活性

脱氢紫杉酸(DHA)因其多样的生物活性而备受关注。既往研究已证实其对包括金黄色葡萄球菌和枯草芽孢杆菌在内的革兰氏阳性菌具有中等至显著的活性。本研究首次系统证实了其对枯草芽孢杆菌菌株具有强效杀菌作用。

结论

本研究证实DHA对枯草芽孢杆菌具有强效多靶点抗菌活性,并在杀菌浓度下抑制生物膜形成。其作用机制涉及ABC转运体、支链氨基酸降解、精氨酸生物合成及嘧啶代谢。DHA加热后仍保留完整活性,在脱脂乳中储存7天,从第3天起平板培养均未检出菌落。DHA在测试浓度下未显示明显细胞毒性,且未

CRediT作者贡献声明

石晓山:撰写—审阅与编辑。何飞:方法论。尹凯:项目管理。李晶晶:资金获取。李欣瑞:撰写—初稿,方法论,调查研究。黄婷:方法论,数据整理。王佳豪:撰写—初稿,调查研究。涂俊明:资源提供。王衍祥:项目管理,概念化。夏贤:撰写—审阅与编辑,监督指导。

未引用参考文献

Chen et al., 2025; Li et al., 2024; Magiorakos et al., 2012.

利益冲突声明

作者声明无利益冲突。

关于稿件准备过程中生成式AI及AI辅助技术的声明

在本研究准备过程中,作者使用了Gemini 3辅助生成图形摘要及进行语言润色。作者审阅并编辑了输出内容,并对发表内容的准确性承担全部责任。

利益冲突声明

? 作者声明不存在任何可能影响本文所报告工作的已知竞争性经济利益或个人关系。

致谢

本研究得到湖北省教育厅科学研究重点项目(D20242504)、湖北省自然科学基金(2025AFD024)、湖北省中央引导地方科技发展项目(2023EGA041和2025CSA104)、湖北师范大学大学生创新创业训练计划项目(202610513018)及湖北省食用野生植物重点实验室开放基金资助。
李欣瑞|王佳豪|黄婷|何飞|石晓山|李晶晶|尹凯|王衍祥|涂俊明|夏贤
湖北食用野生植物保护与利用重点实验室,湖北特色野菜育种与综合利用技术工程研究中心,湖北师范大学,黄石 435002,中国
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