《Food Bioscience》：Antibiofilm activity of phages and their cocktails against
Salmonella Typhimurium monophasic variant on food contact surfaces
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沙门氏菌单相变种（STm）生物膜抑制研究显示，四种噬菌体及两种混合物均有效抑制生物膜形成并清除成熟膜层，其中混合物2抑制率达91.58%，vB_Sal_TmvP009清除率86.88%。机制研究证实其通过降解胞外聚合物（EPS）和外源DNA（eDNA）发挥作用。
秦小杰|刘婷瑜|罗梅荣|赵莉|薛家怡|王洁叶|赵星竹|徐婷瑜|林春烨|王一赫|平田隆|李卓思|董青丽
上海科技大学健康科学与工程学院，中国上海200093
摘要
单相鼠伤寒沙门氏菌（STm）是一种新兴的、普遍存在的非伤寒血清型，它能够形成生物膜以抵抗恶劣环境，因此开发有效的抗菌生物膜剂对于控制这种病原体至关重要。然而，针对STm生物膜的高效噬菌体策略仍然很少。在这项研究中，我们评估了四种噬菌体（vB_Sal_P001、vB_Sal_TmvP009、vB_Sal_P021、vB_Sal_TmvP205）和两种噬菌体混合物在抑制STm生物膜形成和清除成熟生物膜方面的能力，使用了结晶紫染色、平板计数、胞外聚合物物质（EPS）分析和共聚焦激光扫描显微镜（CLSM）等方法。结果表明，无论是单独的噬菌体还是噬菌体混合物都能显著抑制并清除STm生物膜。具体来说，噬菌体混合物2在24小时时的生物膜形成抑制率最高（91.58%，感染复数MOI = 10），而vB_Sal_TmvP009在8小时时的成熟生物膜清除效果最强（86.88%，MOI = 0.01）。此外，在生物膜形成和清除实验中，用单独噬菌体及其混合物处理的组的活菌计数显著减少。值得注意的是，vB_Sal_TmvP009和噬菌体混合物2都显著降低了胞外蛋白质和多糖的含量。所有接受噬菌体处理的组的胞外DNA（eDNA）水平也显著降低，这表明所测试噬菌体的生物膜抑制和清除活性与其降解细菌胞外物质的能力有关。值得注意的是，eDNA的降解是所有测试噬菌体共有的机制。CLSM观察进一步证实，噬菌体混合物不仅抑制了STm在不锈钢表面的生物膜形成，还破坏了成熟生物膜的结构。总体而言，这项研究确定了噬菌体及其混合物作为食品加工环境中STm的潜在抗菌生物膜剂。
引言
沙门氏菌仍然是全球主要的食源性病原体，对公共卫生构成严重威胁。据估计，每年沙门氏菌导致9300万例胃肠炎病例和15.5万人死亡（Lamichhane等人，2024年）。这种病原体包含多种血清型，其中非伤寒沙门氏菌（NTS）是人类胃肠炎的主要原因。在欧洲，它是人类胃肠道感染的第二大原因（EFSA & ECDC，2023年）。在中国，NTS是最常见的食源性胃肠道感染之一，也是食源性疾病暴发的前三大原因之一（Wang等人，2025年）。严重的感染可能会发展成侵袭性疾病（Marchello等人，2022年）。近年来，单相鼠伤寒沙门氏菌（STm）作为一种缺乏II相鞭毛抗原的沙门氏菌 Typhimurium变体，血清型为沙门氏菌 4,[5],12:i:-，已成为NTS中最主要的血清型，其全球检出率不断增加（Wang等人，2023年；Huang等人，2025年）。它与多种食品的污染有关，如猪肉、猪肉制品（Pardos de la Gandara等人，2023年）和巧克力（Laisnez等人，2025年）。值得注意的是，STm表现出强烈的抗菌素耐药性（Qin等人，2022年）以及在食品加工环境中常见表面（例如不锈钢、玻璃和聚苯乙烯）上形成生物膜的能力（Arrieta-Gisasola等人，2024年；Tassinari等人，2019年）。这些生物膜非常难以清除，大大加剧了食品安全风险和公共卫生问题。
生物膜是在生物或非生物表面（例如食品基质、加工设备和医疗设备）上形成的三维微生物聚集体。细菌最初通过粘附蛋白或表面结构附着在表面上，然后分泌大量的胞外聚合物物质（EPS）来巩固生物膜基质。这种富含EPS的结构使细菌能够抵抗常规的灭菌方法，主要是因为EPS限制了消毒剂的渗透（Ziech等人，2016年）。成熟的生物膜会释放分散的细菌以启动新的定植（Aleksandrowicz等人，2023年；Ivers等人，2024年；Thames等人，2023年）。因此，迫切需要有效的策略来抑制和清除STm生物膜，特别是对于耐药菌株。
噬菌体（专门感染并裂解细菌的病毒）已成为控制食源性病原体的有希望的替代方法。此外，噬菌体还被用于医学领域的疾病治疗，而噬菌体展示技术则应用于药物开发（Qi等人，2024年）。噬菌体已被美国食品药品监督管理局（FDA）批准为一般公认安全（GRAS）（Dewanggana等人，2022年），并且已经证明它们在降解致病细菌的生物膜方面有效，例如铜绿假单胞菌（Manohar等人，2024年）、肺炎克雷伯菌（Saqr等人，2024年）、粪肠球菌（Jin等人，2023年）和婴儿沙门氏菌（Erol & Kaskatepe，2024年）。噬菌体混合物（多种噬菌体的组合）进一步增强了抗菌生物膜的效果，并降低了细菌对抗噬菌体的耐药性风险。例如，双噬菌体混合物增强了抗菌生物膜的性能（Kunisch等人，2024年），并且噬菌体混合物在生物膜去除方面优于抗生素（Torkashvand等人，2024年）。
尽管在噬菌体介导的沙门氏菌生物膜控制方面取得了进展，但仍存在关键的研究空白。首先，专门研究基于噬菌体的STm生物膜抑制或清除的研究很少，现有的报告主要集中在非单相沙门氏菌血清型上（Kim等人，2023年；Taj等人，2024年）。其次，当前的研究主要使用单独的噬菌体，尽管有文献记载噬菌体混合物在克服耐药性和提高效果方面具有优势，但对其的系统评估仍然有限。
为了解决这些空白，本研究使用了一种具有高生物膜形成能力的STm菌株作为宿主菌株，探讨了单独噬菌体及其混合物对STm生物膜形成和清除的影响。分别使用结晶紫染色和平板计数来量化生物膜生物量和活菌计数。此外，我们还研究了单独噬菌体及其混合物对EPS（生物膜的关键结构成分）的影响，旨在初步了解这些噬菌体的潜在抗菌生物膜作用机制。这项工作丰富了STm生物膜控制的研究，并为减轻食品加工和公共卫生环境中的STm相关风险提供了潜在的实际策略。
部分摘录
细菌菌株和培养条件
本研究中使用的STm菌株列在表1中。这些菌株来自上海市疾病预防控制中心和我们在之前的研究中的浙江省和上海市的养鸡场（Qin等人，2022年；Qin等人，2023年）。所有原始菌株都储存在-80°C的50%甘油中。为了激活菌株，将细菌接种到木糖赖氨酸脱氧胆酸盐（XLD）琼脂上（青岛Hope Bio-Technology有限公司，中国）
不同来源的STm菌株的生物膜形成能力
为了筛选具有高生物膜形成能力的STm菌株用于后续实验，共对46种来自不同来源的STm菌株进行了生物膜形成测定。所有46个测试菌株在48小时的静态培养后均成功形成了生物膜，但它们的生物膜形成能力存在显著差异。如图1所示，在46个菌株中，9个菌株具有强生物膜形成能力，17个菌株具有中等能力，20个菌株具有弱能力。值得注意的是，菌株204的
讨论
生物膜有助于细菌在接触表面的定植、持久性和存活，从而增加了食品污染的风险（Mkangara，2023年）。沙门氏菌也能够形成生物膜，但不同菌株的生物膜形成能力各不相同，这种差异主要由菌株来源、细菌特性、接触表面性质、培养温度和pH值等因素决定（Iliadis等人，2018年；Nguyen等人，2014年；Yin等人，2018年）。在本研究中，
结论
本研究系统地评估了四种单独噬菌体和两种噬菌体混合物对STm的抗菌生物膜活性，使用了一种高生物膜形成的分离株（菌株204）作为宿主。主要发现表明，无论是单独的噬菌体还是噬菌体混合物都能显著抑制STm生物膜的形成，清除成熟生物膜，并减少活菌计数，其中噬菌体混合物2在24小时时的生物膜形成抑制率最高（91.58%，感染复数MOI = 10），vB_Sal_TmvP009
作者贡献声明
刘婷瑜：撰写——初稿、验证、方法学、调查、数据管理。李卓思：方法学。秦小杰：撰写——审阅与编辑、方法学、调查、资金获取。林春烨：调查。徐婷瑜：调查。平田隆：撰写——审阅与编辑。王一赫：可视化。薛家怡：数据管理。赵莉：撰写——审阅与编辑、方法学。赵星竹：调查。王洁叶：验证。罗梅荣：可视化，
未引用参考文献
欧洲食品安全局和欧洲疾病预防控制中心，2023年；Qin等人，2022年。
资助
本研究得到了宁夏回族自治区重点研发计划（中国银川；资助编号2025BBF02009）的支持。
利益冲突声明
? 作者声明没有已知的可能会影响本文所述工作的财务利益或个人关系。
