温度与营养条件互作对食源性模拟环境下金黄色葡萄球菌生长及毒力因子表达的交互影响

《Foods》：Interactive Effects of Temperature and Nutrient Conditions on Growth and Virulence Factor Expression of Staphylococcus aureus Under Model Food-Relevant Environments

　　

金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)是引起食源性中毒的主要病原菌，其通过产生耐热性葡萄球菌肠毒素(staphylococcal enterotoxins, SEs)致病，同时也是人畜重要的机会性病原体。肉类及肉制品因其富含蛋白质，可支持该菌生长及毒素产生，是其主要传播载体。然而在食品相关条件下，温度与营养素组成对S. aureus生长及毒力表达的联合效应尚不清楚。本研究以参考株S. aureus FRI-S6为对象，在模拟多样化食品相关条件的脑心浸液(brain heart infusion, BHI)培养基中分别添加NaCl、葡萄糖或胰蛋白胨(tryptone)，于25 °C和37 °C下评估细菌生长、生物膜(biofilm)形成、葡萄球菌肠毒素A和B(SEA、SEB)产生及溶血活性。结果显示，37 °C下生长普遍较快，而含葡萄糖培养基中25 °C延长培养后可达更高菌体密度。BHI及葡萄糖条件下37 °C生物膜形成增强。NaCl和胰蛋白胨存在时37 °C促进SEA产生，但在富葡萄糖条件下25 °C反而促进SEA产生。相反，SEB产生及溶血活性在各条件下均以37 °C显著更高，尤以含胰蛋白胨和葡萄糖时明显。上述结果表明温度与营养组成的强交互作用塑造了食品环境中S. aureus的毒力特征，为食品安全风险评估提供重要依据，并对肉制品及其他食品在贮存加工过程中控制肠毒素产生具有实践指导意义。

论文解读：《温度与营养条件互作对食源性模拟环境下金黄色葡萄球菌生长及毒力因子表达的交互影响》

该论文发表于《Foods》，研究背景如下：金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）因可产生耐热性葡萄球菌肠毒素（staphylococcal enterotoxins, SEs）成为全球食源性中毒的主要病原之一，亦为重要的人畜机会性感染病原体。肉类及肉制品因高蛋白含量、加工中盐分添加及不同贮存温度，常被报道与金葡菌污染及葡萄球菌食物中毒（staphylococcal food poisoning, SFP）相关。目前已知温度和营养可利用性是调控S. aureus生理及毒力相关性状（包括肠毒素产生、溶血活性和生物膜形成）的关键环境信号，但经典肠毒素SEA（enterotoxin A）和SEB（enterotoxin B）是否在温度×营养组合下呈现不同响应模式尚缺乏系统比较研究。明确温度与营养成分的交互作用对准确进行食品安全风险评估及制定针对性控制措施至关重要，因此研究人员开展了本项研究。

研究人员选用分离自SFP暴发的参考株S. aureus FRI-S6（携带前噬菌体?Sa3mu上的sea基因及致病岛SaPI/vSa1上的seb、sek、seq基因），以BHI为基础培养基，分别添加代表腌制品渗透/盐胁迫的NaCl（2.5%、5%、10%）、模拟富碳水化合物的葡萄糖（2%、4%、8%）及模拟富氮/蛋白质条件的胰蛋白胨（tryptone, 2.5%、5%、10%），在25 °C（食品相关环境温度）和37 °C（宿主生理温度）静止培养，系统检测生长曲线、结晶紫法生物膜形成量、夹心酶联免疫吸附测定（sandwich ELISA）定量上清中SEA与SEB、绵羊红细胞溶血活性，并以多因素方差分析（multifactorial ANOVA）进行统计学处理，实验设三个独立生物学重复。

主要关键实验方法概括：

研究人员采用食源性S. aureus暴发参考株FRI-S6，以BHI为基础培养基分别添加不同浓度NaCl（模拟腌制渗透胁迫）、葡萄糖（模拟富碳水化合物食品）及胰蛋白胨（模拟富蛋白/氮源食品），于25 °C和37 °C静止培养。通过微孔板光密度法（OD₅₅₀）监测生长动力学；结晶紫染色法（OD₅₉₀）定量24 h生物膜形成；夹心ELISA法定量培养上清中SEA与SEB浓度；绵羊红细胞孵育法测定溶血活性（以540 nm吸光度计算完全溶血百分比）；所有实验设三独立生物学重复，采用多因素方差分析评估温度与营养因子的交互效应（p < 0.05为显著差异）。

研究结果

3.1. Growth Kinetics of S. aureus Under Different Temperature and Nutritional Conditions（不同温?营养条件下S. aureus生长动力学）

通过测定0–72 h OD₅₅₀发现：BHI及NaCl、胰蛋白胨增补组中37 °C全程生长更快且菌体密度更高；但在葡萄糖增补培养基中，虽早期和中段（8–24 h）37 °C生长占优，延长期培养（48–72 h）后25 °C组最终菌体密度反超，表明富葡萄糖环境下低温延长培养有利于生物量累积，温度对生长的促进效应具时间?营养依赖性。

3.2. Biofilm Formation Under Different Temperature and Nutritional Environments（不同温?营养环境下生物膜形成）

结晶紫法检测24 h生物膜发现：BHI对照及葡萄糖增补条件下37 °C生物膜形成显著高于25 °C，且葡萄糖本身不抑制37 °C生物膜；NaCl增补在两种温度下均抑制生物膜（尤其≥5% NaCl）；胰蛋白胨增补在25 °C可显著增强生物膜形成，而在37 °C BHI与胰蛋白胨组均呈强生物膜形成且二者无显著差异，说明低温下蛋白氮源可促进生物膜，而温度是葡萄糖存在时生物膜的主控因子。

3.3. Regulation of SEA Production by Temperature and Nutritional Conditions（温度与营养条件对SEA产生的调控）

ELISA定量显示：BHI中SEA随培养时间上升且两温度无显著差异；NaCl与胰蛋白胨增补时SEA在37 °C显著高于25 °C；与之相反，葡萄糖增补时25 °C的SEA产量显著高于37 °C且随葡萄糖浓度升高差异加大——即富葡萄糖+环境温度更利于SEA积累；此外各增补物在37 °C时SEA均低于BHI对照，而25 °C葡萄糖增补组SEA为所有条件中最高，表明sea受营养?温度交互调控且与seb调控模式不同。

3.4. Regulation of SEB Production by Temperature and Nutritional Conditions（温度与营养条件对SEB产生的调控）

SEB在所有测试营养条件下均以37 °C产量显著高于25 °C，不似SEA出现逆温度响应；NaCl、葡萄糖、胰蛋白胨增补均维持此温度主导模式，其中胰蛋白胨增补的37 °C组SEB水平与BHI相当甚至优于盐/糖增补组，说明seb表达主要受温度（宿主生理温度）驱动，营养组成影响相对次要，呈现毒素特异性调控差异。

3.5. Effects of Temperature and Nutritional Conditions on Hemolytic Activity（温度与营养条件对溶血活性的影响）

BHI中两温度溶血活性相当；NaCl增补时25 °C几乎抑制溶血而37 °C仍保留较高活性；葡萄糖增补时37 °C溶血活性高于25 °C且随葡萄糖浓度与孵育时间延长差距增大，48 h时甚至超过BHI基线，提示葡萄糖可增强溶血素表达；胰蛋白胨增补溶血活性与BHI相近且无温度差异。整体溶血活性趋势与SEB相似，偏向37 °C上调。

讨论与结论总结

讨论部分指出，本研究在一个统一框架下证明S. aureus毒力表型并非仅由温度决定，而是高度依赖营养背景并产生毒素特异性响应——SEB与溶血活性属温度主导型（37 °C优选，符合agr系统激活特征），SEA则受CcpA（catabolite control protein A）及前噬菌体相关调控影响，在富葡萄糖+25 °C下高表达，可解释为何SEA最常牵涉SFP。此交互效应对肉制品等复杂基质的风险评估具启示：即使低温缓生长，特定营养组分仍可促肠毒素累积，且耐热肠毒素一旦形成不因后续加热彻底消除中毒风险。此外营养?温度依赖的生物膜变化（低温+胰蛋白胨促生物膜）提示加工环境表面持久定植风险差异。研究局限含单菌株、未直接测调控因子活性、使用模拟培养基而非真实食品基质，未来需多菌株与真实食品验证。

原文结论翻译：

本研究表明，在实验室模拟环境下，温度与营养条件的交互作用塑造了S. aureus的生长及毒力表达，使其在食品相关条件与宿主相关条件下呈现不同致病谱。虽然37 °C培养通常促进快速生长、生物膜形成、SEB产生及溶血活性，但环境温度（25 °C）下富葡萄糖环境有利于持续生长及SEA产量提升。这种毒素特异性和环境依赖性的响应说明S. aureus毒力调控并非统一在最适生理温度下最大化，而是被特定温度?营养组合精细调节。重要的是，环境温度中存在葡萄糖即可支持持续生长并升高SEA产量，强化了葡萄球菌食物中毒的一种关键风险场景——此类条件不仅见于富碳水化合物食品，也见于某些受后期污染且经历温度滥用贮存或处理的肉制品。综上，本研究为S. aureus生态适应性提供了机制性见解，强调在食品安全风险评估与控制策略中须同时考量温度与营养组成，对改善多元食品体系中风险管理及毒素控制具有重要意义。