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为解决食品腐败细菌生物膜难以控制的问题，印度阿特玛查亚天主教大学的研究人员评估环境细菌抗生物膜和群体猝灭能力。结果发现其代谢物有抗生物膜和抗群体感应活性。推荐科研读者阅读，助于探索食品保鲜新策略。
在食品的世界里，有一群 “小怪兽” 正悄悄搞破坏，它们就是食品腐败细菌，像芽孢杆菌属的蜡样芽孢杆菌（Bacillus cereus）、枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis），还有希瓦氏菌属的腐败希瓦氏菌（Shewanella putrefaciens）。这些细菌不仅会降低食品的品质，缩短食品的保质期，给食品行业带来巨大的经济损失，有时候它们产生的毒素还会威胁到人们的健康。
更让人头疼的是，这些细菌还会 “抱团” 形成生物膜（一种由微生物及其分泌的胞外聚合物等组成的结构，能为细菌提供保护 ）。生物膜就像细菌的坚固堡垒，对传统的清洁和消毒方法有很强的抵抗力，让它们能在食品加工环境中顽固地生存下来。而且，生物膜的形成和细菌之间一种神奇的 “交流机制”—— 群体感应（quorum sensing，细菌根据群体密度调节基因表达的机制 ）有关。细菌们通过群体感应，让生物膜变得更强大，更能抵抗外界的压力，这使得清除它们变得难上加难。
面对这些难题，科学家们一直在寻找解决办法。来自印度阿特玛查亚天主教大学（Atma Jaya Catholic University of Indonesia）生物技术系的克里斯汀?查伦（Christine Charen）和戴安娜?伊丽莎白?瓦图兰吉（Diana Elizabeth Waturangi）决心一探究竟。她们在《BMC 研究笔记》（BMC Research Notes）期刊上发表了一篇名为《评估环境细菌在控制食品腐败细菌生物膜方面的抗生物膜和群体猝灭能力》（Assessment of antibiofilm and quorum quenching potencies of environmental bacteria in controlling biofilm of food spoilage bacteria）的论文。经过一系列研究，她们发现环境细菌的代谢产物有着神奇的能力，不仅能抑制生物膜的形成，还能破坏已经形成的生物膜，部分环境细菌代谢产物甚至还有抗群体感应的活性。这一发现为控制食品腐败细菌带来了新的希望，有助于开发更可持续的方法来保障食品的安全和品质。
为了完成这项研究，研究人员使用了多种技术方法。他们先是培养了多种细菌，包括 10 种环境细菌分离株、作为指示菌的紫色色杆菌（Chromobacterium violaceum ）野生型和突变株，以及食品腐败细菌。接着，他们从环境细菌中提取代谢产物，利用琼脂扩散法来检测这些代谢产物的抗菌活性和群体猝灭活性。对于抗群体感应活性，他们还进行了进一步的验证实验。在研究抗生物膜活性时，采用了抑制和破坏实验，并借助显微镜技术观察生物膜的形态。此外，通过 16S rRNA 基因测序来鉴定环境细菌，运用气相色谱 - 质谱联用技术（GC - MS）分析细菌代谢产物中的成分。
下面我们来看看具体的研究结果。
- 抗菌活性：在测试的所有环境细菌分离株中，只有 T152 对腐败希瓦氏菌表现出抗菌活性，在培养皿上，T152 周围出现了明显的透明圈，就好像它在向腐败希瓦氏菌宣告 “这里是我的地盘，你别想撒野”。而其他环境细菌代谢产物对蜡样芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌和腐败希瓦氏菌都没有抗菌活性。这表明大多数环境细菌并不是通过直接抗菌的方式来对付腐败细菌的，它们可能另有 “妙招”。
- 群体猝灭活性检测：研究人员发现 A19、A32、A40 和 B212 这四种环境细菌代谢产物表现出了阳性结果。在实验中，这些代谢产物周围出现了不透明的区域，就像给细菌的 “交流信号” 设置了障碍，让它们没办法顺利地 “沟通”，从而抑制了群体感应。这意味着这些细菌代谢产物里可能含有特殊的成分，能够干扰细菌之间的群体感应机制。
- 群体感应抑制的验证：通过对紫色色杆菌突变株 026 的实验，进一步验证了这四种环境细菌分离株的抗群体感应活性。实验结果显示，和对照组相比，这些分离株处理后的细菌培养物吸光度降低了。其中 A19 的表现最为突出，它对紫色色杆菌 026 的群体感应抑制效果最明显，吸光度差异达到了 0.0385。这说明 A19 代谢产物里的成分在干扰细菌群体感应方面有着很强的能力。
- 抗生物膜活性的量化：所有环境细菌代谢产物对食品腐败细菌的生物膜都展现出了不同程度的抑制和破坏作用。统计分析表明，处理组和未处理的对照组之间存在显著差异，这充分证明了这些环境细菌代谢产物在抗生物膜方面的潜力。在抑制活性方面，B10 代谢产物对蜡样芽孢杆菌的抑制率最高，达到了 81.42%；J73 代谢产物对枯草芽孢杆菌的抑制率高达 87.45%；B212 代谢产物对腐败希瓦氏菌的抑制率为 70.21% 。在破坏活性方面，A32 对蜡样芽孢杆菌生物膜的破坏率为 45.4%；T152 对枯草芽孢杆菌生物膜的破坏率达到了 83.81%；C1 对腐败希瓦氏菌生物膜的破坏率是 74.81%。这就像是给生物膜来了一场 “大破坏”，让细菌的 “堡垒” 不再坚固。
- 生物膜的显微镜检查：研究人员利用光学显微镜和扫描电子显微镜（SEM）以及能谱仪（EDS）对生物膜的形态进行了分析。从显微镜下可以看到，未处理的生物膜结构紧密，而经过环境细菌代谢产物处理后的生物膜则被破坏得 “千疮百孔”。EDS 分析还发现，处理前后生物膜表面的元素组成发生了变化，碳（C）和氧（O）的重量百分比增加，而其他元素如钠（Na）、镁（Mg）、铝（Al）、钾（K）、钙（Ca）等的重量百分比有所下降。这表明环境细菌代谢产物通过改变生物膜的元素组成，破坏了生物膜的结构。
- 环境细菌分离株的鉴定和系统发育构建：通过对 16S rRNA 基因的测序，研究人员鉴定出了 8 种环境细菌分离株，并将结果提交到了 GenBank 数据库。A19、A30 和 A32 与泛菌属（Pantoea）关系密切，相似性分别为 99.59%、100% 和 99.92%；A40、B212 和 J73 被鉴定为与不动杆菌属（Acinetobacter）相近，相似性都在 99.92% 以上；B10 和 J70 则与肠杆菌属（Enterobacter）相似，相似性分别为 100% 和 99.66% 。构建的系统发育树也清晰地展示了这些细菌之间的亲缘关系。
- GC - MS 分析：GC - MS 分析揭示了 A32、B10、B212、C1、J73 和 T152 代谢产物中的主要化合物。A32 含有正十六烷酸和反 - 13 - 十八烯酸；B10 有反 - 13 - 十八烯酸和 9 - 十八烯酸；B212 包含顺式 vaccenic 酸和 9 - 十八烯酸；C1 含有反 - 13 - 十八烯酸和 9 - 十八烯酸；J73 有反 - 13 - 十八烯酸和 9 - 十八烯酸；T152 含有正十六烷酸和 9,12 - 十八碳二烯酸。这些化合物可能就是环境细菌代谢产物发挥抗生物膜作用的 “秘密武器”。
综合研究结果和讨论部分，这项研究意义重大。蜡样芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌和腐败希瓦氏菌在食品加工环境中十分常见，它们形成的生物膜很难被传统方法清除，而这项研究发现环境细菌代谢产物具有抑制和破坏生物膜的能力，还能干扰细菌的群体感应，这为解决食品腐败问题提供了新的方向。通过进一步研究这些环境细菌代谢产物中的活性成分和作用机制，有望开发出更安全、更有效的生物防治方法，减少食品行业因食品腐败带来的经济损失，保障人们的食品安全。虽然目前还需要进一步探索环境细菌代谢产物中化合物的分子抗生物膜机制，但这一研究已经为未来的研究奠定了坚实的基础，让我们对战胜食品腐败细菌充满了信心。
