《Microbial Risk Analysis》：A Codex-Informed Hazard Screening and Qualitative Safety Assessment Framework for Essential Oil-Bacteriophage Combinations in Food Systems
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为解决精油(EOs)和噬菌体组合在食品中应用的协同增效作用被广泛报告但其安全性缺乏系统性评估的问题，研究人员构建了一种基于OECD QSAR Toolbox和噬菌体档案评价的定性危害筛查框架。该框架将牛至、百里香和克里特岛牛至精油与靶向大肠杆菌的严格裂解性噬菌体组合评估为“低”筛查风险，为该类组合在食品中作为生物防腐剂的进一步研究和开发提供了初步的安全依据和结构化的评估工具。
抗生素耐药性(AMR)食源性病原菌的威胁正在推动人们对非传统、非热力干预措施的重新关注，这些措施可以在不影响消费者安全的前提下控制微生物危害。精油和噬菌体作为两大备受瞩目的天然抗菌剂，展现出巨大的应用潜力。然而，两者各有优缺点：精油作为复杂的化学混合物，其应用受限于挥发性、感官影响及剂量安全性考量；而噬菌体虽具有高度特异性，但在实际应用中面临着细菌耐药性出现、在复杂食品基质中稳定性差以及监管和消费者接受度方面的不确定性。近年来，研究发现将精油与噬菌体联用能在某些条件下产生协同抗菌效应，这为解决食源性病原菌控制难题提供了一个颇具吸引力的“组合拳”方案。
但一个关键的空白点随之凸显：尽管关于组合增效作用的研究报告不断涌现，却缺乏一个系统、透明的危害筛查策略来评估这种组合对消费者的潜在安全风险。现有研究通常只报告微生物杀灭效果，而没有系统地纳入（i）对复杂精油混合物的成分级毒理学预警，以及（ii）用于食品的噬菌体制备所需达到的档案式先决条件。这一空白阻碍了对有前景的精油-噬菌体候选组合进行早期优先排序，以供后续的食品验证和监管讨论。
为了填补这一空白，一项发表在《Microbial Risk Analysis》期刊上的研究，开发了一种遵循国际食品法典委员会(Codex)原则的、筛查级别的危害评估工作流程。这项研究旨在通过综合精油和噬菌体各自的毒理学信息、安全数据和既往评估，为假设的精油-噬菌体抗菌组合建立初步安全档案。该评估框架不仅强调潜在危害，探讨现实的暴露情境，还识别出需要进一步研究的不确定性领域，从而为未来的研究优先级设定、监管讨论以及安全地将EO-噬菌体协同方法纳入全球食品安全版图提供支持。
研究人员采用了几个关键的技术方法来构建和验证这一评估框架。首先，他们应用了经济合作与发展组织(OECD)的定量构效关系(QSAR) Toolbox，对精油的主要化学成分进行毒理学特征分析，通过多种毒性分析模块生成警报，并将其转化为定性的危害等级。其次，他们建立了一套基于档案的噬菌体安全评估体系，核心是要求进行全基因组测序(WGS)，以严格确认其严格裂解性生活方式，并排除与溶原性、毒力、抗生素耐药性(AMR)或普遍性转导相关的基因。此外，评估还包括了良好生产规范(GMP) 级别的生产工艺、宿主范围、在食品类似条件下的有效性、稳定性、监管先例和不确定性等八个标准，并设定了两个“停止关卡”。最后，研究人员设计了一个定性整合矩阵，通过一个“保守的最大化原则”将精油的危害等级与噬菌体的危害等级相结合，并映射到一个联合国粮农组织(FAO)/世界卫生组织(WHO) 风格的筛查矩阵中，从而生成分类筛查标签。
研究结果
- 1.
精油的危害表征
对牛至、百里香和克里特岛牛至三种精油的研究表明，通过气相色谱-质谱联用(GC-MS) 确定其主要成分后，利用QSAR Toolbox分析发现，主要成分香芹酚和百里香酚因重复剂量毒性警报（香芹酚还有染色体畸变警报）而被归类为中-高关注等级，柠檬烯为中等关注等级，而p-伞花烃、1,8-桉叶素和γ-松油烯则为低-中等关注等级。所有成分的不确定性均为“中等”。通过精油关注分数(ECS)计算和优势规则应用（如某中-高关注成分占比≥50%，则该精油整体等级至少为中-高），最终牛至（香芹酚91.3%）和克里特岛牛至（香芹酚54.81%）被归为中-高等级，百里香（虽加权平均分数为1.7，属低-中等，但因百里香酚占比26.59%而提升等级）被归为中等等级。
- 2.
噬菌体的危害表征
研究者以一个严格裂解的、属于肌尾噬菌体科(T4-like)的靶向大肠杆菌O157:H7的噬菌体为参考模型进行评估。评估包括两个停止关卡：基因组安全（要求WGS证实为严格裂解且无不良基因）和生产与工艺安全（要求符合GMP标准）。通过这两个关卡后，对其余六个因素（宿主范围与特异性、食品类似条件下的有效性、耐药动态、稳定性、监管先例和不确定性）进行评分，计算得出噬菌体关注分数(PCS) 为1.6，对应低-中等的整体关注等级。这反映了在满足严格前提条件下，噬菌体本身的安全风险较低。
- 3.
EO-噬菌体组合的整合矩阵
将精油和噬菌体的评估结果整合到一个筛查矩阵中。采用保守的最大化规则，即每个EO-噬菌体因子组合的单元格等级取精油最终等级与噬菌体因子等级中的较高者。然后，在预先设定的严格裂解性、GMP级噬菌体的参考情景下，为噬菌体各因子分配了极不可能(EL)、非常低(VL) 或低(L) 的定性发生可能性类别。将危害等级（后果）与发生可能性相结合，通过FAO/WHO风格的矩阵映射出分类筛查标签。
应用该框架对三种精油与假设的严格裂解性大肠杆菌噬菌体的组合进行评估，结果显示所有组合均被映射至“可忽略-低”的筛查输出带。这意味着，在框架设定的保守纳入标准和定性边界内，这些EO-噬菌体组合并未表现出超出可接受范围的安全隐患。值得注意的是，尽管牛至和克里特岛牛至精油因其主要成分香芹酚而被归类为中-高后果等级，但由于噬菌体在遗传完整性、生产工艺、监管合规性和稳定性等方面被评估为极不可能或非常低的发生可能性，最终组合风险仍维持在低水平。
研究结论与讨论
该研究提出了一个清晰、筛查级别的方法，用于系统化地考量食品级EO-噬菌体组合的安全性相关问题。在设定的严格纳入标准（批次表征的食品级精油，以及严格裂解、基因组验证、GMP级的噬菌体）下，示例性的EO-噬菌体组合在参考情景的预定义可能性锚点下被归类为低关注度。这一结果具有重要意义，因为它表明，在此保守框架内，EO-噬菌体组合在实现抗菌协同增效的同时，并未升高消费者健康风险，从而支持了它们作为食品生物防腐剂候选物的进一步探索。
该研究方法的创新性在于首次将计算毒理学和噬菌体安全“档案”整合到一个遵循Codex原则的定性筛查评估中，用于多屏障抗菌干预措施。它采用“自下而上”的方式，通过QSAR对精油各组分进行预警，并运用权重和优势规则确保高浓度、高危害成分能主导评估结果。同时，为噬菌体设定了包含八个关键因素的档案式评估和严格的“停止关卡”。在整合两者危害时，采用了保守的最大化危害原则，确保了安全评估的审慎性。最终通过FAO/WHO风格的定性矩阵，将危害等级与基于现实情况的发生可能性相结合，得出筛查结论。
然而，研究者明确指出，鉴于该框架的定性和保守性质，其结果应被视为初步筛查步骤，而非确定性的安全结论。该框架产生假设，但不能替代体内毒理学、定量暴露评估或食品基质验证。在迈向实际应用之前，必须确认组合在预期使用条件下的相容性（滴度稳定性）和性能，包括适用的储存温度-时间曲线。同时，需要与监管机构进行早期和持续的沟通，以明确档案期望、法律分类和接受标准。此外，消费者接受度也需要专门研究。
总之，这项研究为评估新兴的食品抗菌组合提供了一套结构化的、透明的早期筛查工具。通过建立一个结合化学危害谱和生物制剂安全评估的综合框架，它填补了当前EO-噬菌体协同研究中的关键安全评估空白，为未来开展体内验证、优化配方、扩大研究范围、与监管对齐以及进行消费者沟通奠定了基础，从而有望推动开发出既能有效应对微生物腐败和抗生素耐药性、又具有坚实安全基础的天然生物防腐剂。
