超高压对阪崎克罗诺杆菌的杀菌机制研究

来源 :合肥工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:bigxiong
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阪崎克罗诺杆菌(Cronobacter sakazakii)是一种广泛存在于婴幼儿配方奶粉中的革兰氏阴性无芽孢杆菌,对高温、干燥和酸性环境具有很强的抗性,导致婴幼儿脑膜炎、结肠炎等疾病,致死率高达40-80%。奶粉受微生物污染主要的原因是其特殊的加工工艺(储存、均质、巴氏杀菌、浓缩、喷雾干燥、包装)。原料乳以及巴氏消毒乳可能在较长时间的贮存和运输过程中受到微生物污染从而导致奶粉变质。传统的热杀菌技术有货架期短、易破坏食品营养物质和风味等缺点,而超高压技术则能解决这一问题。因此,本文以超高压技术(High hydrostatic pressure)为灭菌手段,参照转录组测序结果构建Cpx双组分调控系统cpxA基因缺失株ΔcpxA,从宏观、微观和分子水平研究超高压对阪崎克罗诺杆菌野生菌株和ΔcpxA突变菌株的灭菌机制,考察cpxA基因对阪崎克罗诺杆菌耐高压胁迫能力的影响,得出以下结果:(1)以超高压胁迫的阪崎克罗诺杆菌为研究对象,通过平板计数、扫描电子显微镜(SEM)、碘化丙啶(PI)荧光染色和胞内物质泄漏等实验考察阪崎克罗诺杆菌在超高压胁迫下的菌体形态、细胞膜完整性及其通透性的变化规律。结果显示,50 MPa处理后,阪崎克罗诺杆菌的致死率达27.08%,且随着压强的增加而增加。400 MPa条件下致死率达到99.98%。高压胁迫处理导致菌体内外压强不均衡,使得细胞表面发生不同程度的皱缩,并伴随着菌体细胞膜完整性和通透性的下降。400 MPa处理后细胞膜内PI染料的荧光强度约为空白对照组的5倍;胞外核酸、蛋白质和K+的浓度分别为空白对照组的1.13倍、4.25倍、1.12倍。此外,400 MPa处理后的菌株经过24 h培养后,其成膜量仅为空白对照组的40.1%,表明超高压处理抑制了阪崎克罗诺杆菌的菌膜形成能力。(2)基于上述结果,采用Illumina HiSeq测序平台分析50 MPa(起始反应条件)和400 MPa(高致死条件)对阪崎克罗诺杆菌转录组学的影响。结果表明,50 MPa和400 MPa条件下,上调表达差异基因分别为481个、363个,下调表达差异基因分别为154个、395个,共有的差异基因84个,主要涉及Fe3+ABC(ABC transporters)转运ATP结合蛋白、RNA聚合酶因子、氨基酸ABC转运底物结合蛋白、氨基酸ABC转运底物结合蛋白等。基于上述超高压处理后阪崎克罗诺杆菌的微观结构和分子水平的变化,利用荧光定量PCR技术研究超高压处理对阪崎克罗诺杆菌鞭毛形成、肽聚糖合成以及细胞周质蛋白折叠等相关功能基因的影响。结果表明,超高压条件下,细菌通过上调鞭毛组装的相关基因(fliC、fliK、flgI、flgK、fliH)的转录来抵抗逆环境带来的胁迫,通过下调阪崎克罗诺杆菌双组分调控系统的信号感应器cpxA的转录水平干扰了细菌细胞壁(amiA、amiC、ycfS)的形成。超高压处理会引起菌株上调胞内周质蛋白的折叠和降解因子(degP、dsbA、ppiA)的释放来降解逆环境引起的沉聚蛋白和错误折叠蛋白,减少对细胞的损伤。此外,超高压处理引起Acr A/B-Tol C泵出系统相关基因(marA、acrA、acrB、tolC)的上调。(3)基于转录组测序结果构建ΔcpxA突变菌株,分析革兰氏阴性菌Cpx双组分调控系统中组氨酸激酶CpxA在阪崎克罗诺杆菌耐超高压胁迫中发挥的作用。在相同50 MPa条件(起始反应条件)下,cpxA的缺失导致细菌的致死率为36.1%,比野生菌株高约9%,伴随着细胞膜完整性进一步受到破坏,胞内荧光染色强度为野生菌株的1.15倍,胞内核酸、蛋白质以及K+泄漏具有显著性差异(0.001<P<0.01),菌膜的形成量在前12 h时有显著性减少(0.01<P<0.05)。在此基础上,q-PCR结果表明cpxA基因的缺失导致阪崎克罗诺杆菌无法在超高压胁迫下正常调控鞭毛(fliC、fliK、flgI、flgK、fliH)和细胞壁(amiA、amiC、ycfS)的形成来抵抗外界逆环境,且细胞周质蛋白和降解因子(degP、dsbA、ppiA)在超高压环境中丧失了抗逆特性,无法保护细胞免受来自沉降蛋白和变性蛋白带来的损伤。本研究表明,超高压影响了阪崎克罗诺杆菌以细胞膜完整性、菌膜形成、鞭毛组成及周质蛋白折叠为特征的cpxA关联性抗逆路径,为超高压灭菌机理提供分子理论基础。
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