转录组学揭示金黄色葡萄球菌和副溶血性弧菌生物膜在蓝莓和牡蛎上对酸性电解水的物种特异性响应

《Food Research International》:Transcriptomic insights into species-specific responses of Staphylococcus aureus and Vibrio parahaemolyticus biofilms to acidic electrolyzed water on blueberries and oysters

【字体: 大 中 小 】 时间:2026年08月21日 来源:Food Research International 8.8

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   •AEW 30 秒即可杀灭高负荷的金黄色葡萄球菌 (*S. aureus*)和副溶血性弧菌 (*V. para*),且在 10 代中未产生耐药性。•金黄色葡萄球菌 (*S. aureus*)富集碳代谢和 CAMP 抗性;副溶血性弧菌 (*V. para*)富集群体感应 (QS

  
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    AEW 30 秒即可杀灭高负荷的金黄色葡萄球菌 (*S. aureus*)和副溶血性弧菌 (*V. para*),且在 10 代中未产生耐药性。
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    金黄色葡萄球菌 (*S. aureus*)富集碳代谢和 CAMP 抗性;副溶血性弧菌 (*V. para*)富集群体感应 (QS) 和 ABC 转运蛋白相关基因。
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    AEW 通过活性氧 (ROS) 积累起作用,而非细胞膜破裂。
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    AEW 破坏金黄色葡萄球菌 (*S. aureus*)/副溶血性弧菌 (*V. para*)的双组分系统和群体感应以去除生物膜。
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    蓝莓需要 1 分钟 AEW 处理;由于表面粗糙,牡蛎需要≥3 分钟。

引言

酸性电解水 (AEW),也被称为电解氧化水 (EOW) 或强酸性电解水,是通过在隔膜电解槽中电解稀盐酸或低浓度氯化钠溶液制得的。在阳极室中生成的水具有低 pH 值、高氧化还原电位和一定浓度的有效氯 (Zhao et al., 2022)。多项研究证实了 AEW 对食源性病原体的杀菌功效,其无残留的特性使其成为食品工业中有前景的非热消毒剂。在细胞水平上,AEW 破坏膜完整性,导致细胞内物质泄漏,并诱导蛋白质和核酸的氧化损伤。然而,这些机制研究主要集中在浮游细菌上。尽管最近的蛋白质组学分析已经开始在分子水平上探索电解水对生物膜的影响,但 AEW 对抗不同食源性病原体生物膜的转录组机制——特别是在实际食品基质上——仍有待进一步阐明。
然而,细菌生物膜的形成是食品加工环境中表面持续微生物污染的主要原因。鉴于生物膜在食品相关环境中的普遍存在,了解 AEW 的抗生物膜功效具有重要的实际意义。Ha 和 Jee (2024) 使用自来水基中性电解水 (TNEW) 结合柠檬酸处理被食源性病原体污染的不锈钢表面。这种方法实现了单核细胞增生李斯特菌 (*Listeria monocytogenes*) 的减少量超过 5.69 log CFU/cm2,协同增强值大于 3.84 log 单位。该研究证实协同的 ROS 爆发、膜脂质过氧化和 DNA 损伤是主要机制。
金黄色葡萄球菌 (*Staphylococcus aureus*)在食品中的污染是一个全球关注的问题,广泛且复杂地存在于多个食品类别和加工阶段 (Khateb et al., 2020; Qian et al., 2022; Wang et al., 2020)。S. aureus 通过其耐热肠毒素引起食源性疾病 (Li, Dou, et al., 2023; Zhao et al., 2020),这些毒素的高稳定性给食品安全带来了巨大挑战 (Shimaa & Mohammed, 2020)。
生物膜是食品加工环境中及食品表面S. aureus的主要存在形式 (Wang et al., 2025),也是其持续污染和难以根除的核心原因 (Iveta et al., 2022)。S. aureus形成的生物膜可使其对消毒剂和抗菌剂的耐受性比浮游细胞增加 10 到 1000 倍 (Carolina et al., 2022; Serena et al., 2018),在整个加工链中对食品安全构成持续威胁 (Li et al., 2024)。
在全球范围内,副溶血性弧菌 (*Vibrio parahaemolyticus*)在沿海地区食源性疾病爆发中占比最高,并且已显示出对多种抗生素的耐药性 (Li et al., 2024; Morgado et al., 2024),这突显了对新控制策略的迫切需求 (Schard et al., 2020; Xu et al., 2022)。V. parahaemolyticus形成的生物膜对食品工业构成多重危害。首先,生物膜赋予细菌群落强大的环境抵抗力 (Elexson et al., 2014; Sharif & Yadav, 2025; Sharma et al., 2010)。生物膜内的细菌被胞外聚合物包裹,对消毒剂的耐受性比浮游细胞高数十到数千倍。其次,生物膜作为持续污染源,不断释放浮游细菌,导致重复的交叉污染循环 (Zhu et al., 2026)。
然而,以前的 AEW 研究大多集中在实验室培养基中的浮游细胞上,对实际食品表面生物膜包埋病原体的研究有限。特别是,革兰氏阳性菌与革兰氏阴性菌对 AEW 处理的物种特异性反应的转录组机制仍不清楚。
为填补这些空白,本研究系统评估了 AEW 对新鲜农产品和海产品中S. aureus和V. parahaemolyticus的杀菌和生物膜去除功效,通过转录组分析表征了物种特异性转录反应,并通过生理测定和超微结构观察阐明了潜在机制。通过整合多层次证据,本工作为 AEW 在食品工业中的应用提供了机制见解和实际证据。

章节摘要

材料

本实验使用的所有试剂均为分析纯或更高纯度,未经进一步纯化即使用。氯化钠、标准硫代硫酸钠溶液、细菌培养级胰蛋白胨、优质级胰蛋白胨大豆肉汤 (TSB) 和 RG 级戊二醛购自阿达玛斯试剂有限公司。RG 级胰蛋白酶购自阿拉丁试剂有限公司。分析级酵母粉、分析级磷酸盐缓冲液 (PBS) 和 0.9% 无菌生理盐水由...

AEW 的杀菌和生物膜去除功效评估

随着稀释倍数的增加,pH 值逐渐升高,而 ORP 和 ACC 显著下降 (表 2)。所有稀释液仍保持酸性,且 ORP 接近 1000 mV,表明稀释并未完全消除氧化能力。ACC 大致与稀释倍数成反比下降,测量值与理论浓度吻合良好,10 倍稀释 (A-10) 除外,其 ACC 略低,可能是由于微量...的衰减。

关键发现解释

本研究的一个显著发现是S. aureus和V. parahaemolyticus对 AEW 处理的敏感性存在显著差异,这需要进一步的机制探索。未稀释的 AEW 可在 30 秒内完全灭活高浓度细菌悬浮液 (107–109 CFU/mL),证实了其快速抗菌活性 (Ha & Jee, 2024; Zhao et al., 2022)。值得注意的是,在所有稀释水平下,V. parahaemolyticus比S. aureus更敏感,即使其初始浓度为...

结论

本研究提供了全面的证据,表明 AEW 是一种针对S. aureus和V. parahaemolyticus的高效、非热消毒剂,作用迅速,未检测到耐药性发展,且具有以氧化应激为中心的多靶点机制。生物膜去除与胞外聚合物 (EPS) 合成途径的转录抑制 (S. aureus中的双组分系统,V. parahaemolyticus中的群体感应) 结合氧化应激诱导的亚细胞损伤有关,这表明了一种潜在...

生成式 AI 使用声明

作者在撰写本手稿过程中未使用生成式 AI 或 AI 辅助技术。

CRediT 作者贡献声明

夏鑫: 写作 - 原稿撰写,可视化,验证,项目管理,方法论,调查,形式分析,数据整理,概念化。姬新杰: 调查,形式分析。刘棚路: 调查,形式分析。夏毅: 资源。程南: 写作 - 审查与编辑,监督,项目管理,资金获取。

未引用参考文献

ELedala 和 Somerville, 2012

竞争利益声明

作者声明,他们没有任何已知的竞争财务利益或个人关系可能影响本论文报告的工作。

致谢

我们要感谢国家自然科学基金 (批准号 32472424) 和中国农业大学 2115 人才培养计划。
夏鑫 | 姬新杰 | 刘棚路 | 夏毅 | 程南
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