综述：从实验室到食品系统：群体感应抑制的转化障碍与未来发展方向

《TRENDS IN FOOD SCIENCE & TECHNOLOGY》：From the laboratory to the food systems: translational barriers and future directions for quorum sensing inhibition

　　

摘要

背景

群体感应抑制是一种非致命的控制策略，通过干扰微生物间的通讯来调节它们的集体行为，为食品系统中的微生物控制提供了一种潜在的方法。尽管实验室研究表明群体感应抑制剂（QSIs）可以调节生物膜形成、毒力表达和与腐败相关的表型，但将其应用于实际食品系统仍然受到限制。食品微生物生态系统对QSIs效果的影响尚未得到充分理解。

范围与方法

本文从食品微生物生态学的角度分析了限制QSIs在食品系统中应用的障碍。群体感应（QS）调控网络跨越多个回路并与全局调节因子相连，使微生物能够缓冲QSIs的影响。同时，相分离、非特异性结合、空间限制和环境变化也会降低食品基质内QSIs的有效暴露。微生物的适应性重组和生态过程，包括社区互动、功能补偿和资源共享，可能会进一步削弱QSIs对腐败相关过程的调控作用。基于这些见解，本文讨论了涉及QS干预节点选择、适应基质的递送方式以及与加工和保存操作结合的转化方法。

主要发现与结论

将QSIs应用于食品系统需要研究人员超越单菌株模型，转向在食品微生物生态系统中的系统性评估。未来的研究应结合食品基质特征、微生物群落动态和QS调控网络，以确定适合QSIs应用的生态环境和操作条件。

引言

传统的食品系统微生物控制策略主要依赖于热处理、化学防腐剂和广谱抗菌剂。虽然这些方法能有效减少微生物负荷，但它们的使用往往伴随着潜在的缺点，包括感官质量下降、营养成分损失和微生物适应性的增加（Wang, Cui, Ren等人，2023）。因此，那些调节微生物行为而非直接杀死微生物的非致命控制策略越来越受到关注，为食品系统中的微生物控制方法提供了新的方向。

群体感应（QS）是一种依赖于细胞密度的通讯机制，在各种微生物中普遍存在，由多种信号分子介导，包括酰基高丝氨酸内酯（AHLs）、自诱导剂-2（AI-2）、自诱导剂-3（AI-3）、自诱导肽（AIPs）、可扩散信号因子（DSFs）和Pseudomonas喹诺酮信号（PQS）（Lee & Zhang, 2015; Wang等人，2013）。通过感知和响应微生物群体产生的信号分子，QS调节了包括生物膜形成、毒力因子产生和细胞外酶分泌在内的多种集体行为（Li等人，2020；Ling等人，2019；Zhou等人，2019）。由于这些集体行为与食品腐败的发生和发展密切相关，因此QS抑制被认为是食品系统中微生物控制的一种有前景的方法（Laganenka等人，2025；Li等人，2025）。

群体感应抑制剂（QSIs）通过干扰QS信号的产生、传输或响应来干扰QS。与传统广谱抗菌策略不同，QSIs通常在不会显著影响微生物生长的浓度下起作用，通过减少QS信号的可用性或干扰QS信号响应来调节微生物行为（Defoirdt，2025）。

近年来，使用模型微生物系统的研究表明，QSIs通过干扰QS调控过程，减弱了包括生物膜形成、毒力因子表达和细胞外酶分泌在内的QS调节行为，为探索其在食品系统中的应用提供了重要的机制基础（Li等人，2021；Quintieri等人，2021）。然而，大多数现有研究都是在均质的液体培养物、单菌株纯培养物或简化的食品模型中进行的（Y. Wang等人，2021；Zhao等人，2025）。这些系统为分子扩散提供了相对有利的条件，并涉及更简单的微生物相互作用网络，而实际食品系统具有高度异质的物理化学环境和复杂的微生物群落结构。因此，在实验室条件下观察到的QSIs效果不能直接推断到实际食品系统中。

以前关于QSIs应用受限的讨论主要集中在应用层面的问题，包括监管批准、毒理学安全性、成本控制和风味影响（Kumar等人，2025；Wang, Cui, Ren等人，2023）。然而，实验室模型与实际食品微生物生态系统之间的差异如何影响QSIs的效果仍不够清楚。因此，本文从食品微生物生态学的角度探讨了QSIs的转化障碍，并提出QSIs的表现受到微生物调控网络、食品基质环境和社区层面生态过程的共同影响。基于这一基于食品微生物生态学的框架，本文进一步讨论了促进QSIs应用于食品的途径，包括选择和评估QSIs干预目标、适应基质的递送方式以及与食品加工操作的协调。

节片段

QS调控网络的内在鲁棒性

QSIs通常针对特定的QS信号通路或调控节点，而目标微生物中的QS系统往往作为高度互联的网络运作。因此，QS网络的内在鲁棒性是影响QSIs效果的重要因素。

食品基质对QSIs有效暴露的空间和化学限制

有效的QSIs暴露指的是在规定的暴露时间内，目标微生物所占据的生态位中化学完整且生物活性的QSIs的可用性。在食品系统中，有效暴露受到食品基质相关的物理化学和结构限制的影响，包括相分离、非特异性结合、空间传输限制和化学不稳定性。来自食品模型研究的证据表明，所需的浓度

适应性重组减少了对QS调控的依赖

食品基质对有效暴露的限制是将QSIs从实验室系统转化为实际食品系统的一个重要障碍。即使QSIs到达目标微生物并保持活性，其效果仍可能受到微生物适应性的影响。这些变化包括对QSIs干预的短期细胞内调控网络重组，以及群体中低QS依赖性个体的逐渐富集

社区层面的功能补偿减弱了QSIs的效果

前几节主要关注目标微生物在QS压力下的反应和适应性变化。然而，食品系统的腐败通常是由多种微生物共同驱动的（Asadi等人，2026）。QS不仅调节单个物种内的集体行为，还能通过塑造微生物成员间的互动和社区结构来影响社区层面的功能。例如，在厌氧颗粒污泥系统中，QS调节通过

将QSIs应用于食品的关键策略

前述分析表明，将QSIs从实验室研究转化为食品应用受到多种因素的限制，包括QS网络的鲁棒性、食品基质对有效暴露的限制、微生物的适应性重组和社区层面的功能补偿。因此，要在食品系统中推进QSIs的应用，需要从多个层面解决这些限制，包括确定适当的QS干预

结论

本文从食品微生物生态学的角度阐明了为什么QSIs在实验室模型中能有效抑制QS调节的集体行为，但在实际食品系统中却常常无法实现类似且稳定的控制效果。现有证据表明，QSIs的效果不仅取决于目标微生物中的QS调节表型是否被抑制，还取决于实际食品环境中起作用的多重因素。首先，目标

未引用的参考文献

Guo等人，2024；Wang等人，2023；Wang等人，2021；Zhang等人，2022。

利益冲突声明

不存在利益冲突。

CRediT作者声明

牛陈：概念化；资金获取；项目管理；写作 – 审稿与编辑。

杨静：写作 – 原稿；调查；可视化。

王亚琪：调查；写作 – 原稿。

孔超凡：调查。

袁亚宏：项目管理；资源。

岳天丽：监督；验证。

致谢

本工作感谢国家自然科学基金（项目编号32402052）的资助。

牛陈|杨静|王亚琪|孔超凡|袁亚宏|岳天丽中国陕西西安西北大学食品科学与技术学院，营养与健康食品个性化制造工程实验室/食品安全风险评估与控制研究中心，710069