利用乳酸菌（LAB）和噬菌体对铜绿假单胞菌（Pseudomonas aeruginosa）的协同控制，以实现可持续的水体保护

《Food Bioscience》：Synergistic Control of Pseudomonas aeruginosa by LAB and Phage for Sustainable Aquatic Preservation

协同抑制铜绿假单胞菌的生物防腐策略研究。采用乳酸杆菌103-1的胞外上清液与噬菌体P37联合处理，显著抑制PAO1生长（抑制率62%），降低色素含量（分别减少20%和23%），并增强噬菌体裂解效率。联合处理在4℃下12小时内根除细菌，9天减少55%微生物负荷，优于单一处理。证实乳酸菌代谢产物破坏生物膜和细菌运动能力，提高噬菌体敏感性，为水产品可持续防腐提供新方案。

　　

薛思明|赵凯瑞|董瑞|李海晨|王瑞子|程伟|范宇琦|张秦|薛子怡|吴玉金|张俊|孙艳梅|王世伟

教育部西部资源生物学与生物技术重点实验室，西北大学生命科学学院生物技术省级重点实验室，中国陕西省西安市太白北路229号，邮编710069

摘要

水产品的保存日益受到腐败细菌的威胁，尤其是多重耐药的铜绿假单胞菌（Pseudomonas aeruginosa）。本研究建立了一种双重作用的生物控制策略，将Lactiplantibacillus plantarum 103-1的无细胞上清液（CFS）与溶菌性噬菌体P37结合使用。CFS富含有机酸、酚类物质和短链脂肪酸，能够抑制P. aeruginosa PAO1的生长，并将其生物膜生物量减少约62%。同时，它还使绿脓素和鼠李糖脂的含量分别降低了约20%和23%。噬菌体P37在4–50°C的温度范围和4–11的pH范围内表现出良好的稳定性，并具有强烈的溶菌活性，每个噬菌体的产斑数为185个（PFU）。在4°C条件下，将10%的CFS与P37以0.001的感染复数（MOI）联合使用后，12小时内即可根除PAO1，并在9天内将鱼肉中的细菌负荷降低55%，其效果优于单独使用任何一种方法。研究结果表明，乳酸菌（LAB）的代谢产物干扰了细菌的运动能力和生物膜的形成，增强了噬菌体的敏感性，为水产品的保存提供了一种可持续的化学防腐替代方案。

引言

水产品是全球蛋白质和营养素的主要来源，目前水产养殖的年产量已超过9000万吨（Fisheries, 2024）。然而，这些产品极易受到细菌腐败的影响，从而影响其品质、安全性和保质期。在主要的腐败微生物中，铜绿假单胞菌（Pseudomonas aeruginosa）尤其具有破坏性，因为它具有高度的代谢多样性。该菌会产生导致异味形成和组织降解的腐败相关酶（Dalgaard, 1995; Gram & Huss, 1996）。其固有的和获得的多重耐药性进一步增加了对食品安全和公共卫生的风险（Pang et al., 2019; Tacconelli et al., 2018）。

传统的保存方法，如抗生素、化学防腐剂和冷藏，面临着越来越多的安全和可持续性问题（Ge et al., 2022; Wang et al., 2025）。抗生素的过度使用会促进抗菌素耐药性的产生，而化学防腐剂会降低产品的营养价值并留下化学残留物（Parke & Lewis, 1992; Wen et al., 2024）。仅靠冷藏也是不够的，因为像铜绿假单胞菌这样的嗜冷细菌在低温下仍能繁殖并产生腐败代谢产物（Ercolini et al., 2009; Wang et al, 2025; Wang et al., 2002）。因此，迫切需要寻找替代的、环保且高效的抗菌策略来确保水产品的微生物安全。

天然生物防腐策略为合成抗菌剂提供了有希望的替代方案，其中乳酸菌（LAB）和噬菌体受到了特别关注（Afraei et al., 2022; Nagarajan et al., 2019）。乳酸菌通过有机酸、细菌素和过氧化氢来抑制病原体，这些物质会破坏细菌的膜和代谢过程（Ogunbanwo et al., 2003）。Lactiplantibacillus plantarum和Lacticaseibacillus paracasei能有效抑制海鲜中的铜绿假单胞菌（P. aeruginosa和Vibrio spp.（A?agündüz et al., 2022; Shi et al., 2024）。噬菌体具有高度的特异性和强大的溶菌活性，能够有效减少海鲜表面的细菌负荷和生物膜的形成（Endersen & Coffey, 2020; Hagens & Loessner, 2010; Kazimierczak et al., 2019）。尽管它们各自具有潜力，但很少有研究探讨乳酸菌和噬菌体在水产品保存中的联合使用。在冷藏储存过程中，它们协同作用的机制尚不完全清楚。

为了解决这一难题，本研究将L. plantarum 103-1的无细胞上清液（CFS）与针对铜绿假单胞菌的噬菌体P37结合使用，评估了该联合系统在模拟冷藏条件下抑制细菌生长、抑制生物膜形成和降低毒力的能力。这些结果提供了机制上的见解和实验证据，支持乳酸菌-噬菌体组合作为提高水产品微生物安全性的有效策略。

部分内容

筛选对铜绿假单胞菌PAO1具有抑制作用的乳酸菌

Pseudomonas aeruginosa PAO1（ATCC 15692）在37°C下、以200 rpm的速度摇动，在Luria–Bertani（LB）琼脂培养基中培养至对数中期。为了筛选出具有强抗铜绿假单胞菌活性的菌株，从冷冻库存中复苏了80株乳酸菌，包括L. plantarum、L. paracasei、Lactococcus lactis和Leuconostoc mesenteroide。这些菌株在37°C下在De Man, Rogosa and Sharpe（MRS）琼脂培养基中过夜培养，然后以1%（v/v）的比例接种到新鲜培养基中，并培养48小时。

乳酸菌无细胞上清液对铜绿假单胞菌PAO1的生长、运动能力和生物膜形成的抑制作用

P. aeruginosa是水产品中的主要腐败菌，其通过形成生物膜并在冷藏过程中降解蛋白质和脂质而造成腐败（Wang et al., 2025）。为了评估乳酸菌作为天然生物控制剂的潜力，研究了乳酸菌代谢产物对P. aeruginosa生长、运动能力和生物膜形成的影响。使用Oxford杯扩散试验筛选了80株乳酸菌的抗菌活性，发现抑制区存在显著差异

结论

本研究证明，将L. plantarum 103-1 CFS与噬菌体P37结合使用可以协同抑制铜绿假单胞菌，并在冷藏过程中减少水产品中的总微生物负荷。增强的效果似乎是由于乳酸菌的代谢产物破坏了生物膜和毒力因子，从而增加了细菌对噬菌体介导的裂解的敏感性。这种严格的溶菌性噬菌体与广谱乳酸菌代谢产物的相互作用，支持了一种安全、有效且可扩展的双重作用机制

CRediT作者贡献声明

薛子怡：写作 – 审稿与编辑。 张秦：写作 – 审稿与编辑。 吴玉金：写作 – 审稿与编辑。 孙艳梅：监督、资金获取、概念构思。 薛思明：写作 – 初稿撰写、实验研究。 王世伟：资源获取、项目管理、概念构思。 董瑞：数据可视化、验证。 张俊：监督、概念构思。 赵凯瑞：实验研究、数据分析。 王瑞子：数据分析、数据管理。 李海晨：方法学设计

未引用的参考文献

Wang et al., 2022.

利益冲突声明

作者声明没有已知的财务利益冲突或可能影响本文工作的个人关系。

致谢

作者感谢国家自然科学基金（编号32170114和36731770152）以及陕西省化学与生物学基础科学研究项目（项目编号22JHZ008）的支持。