关于副溶血性弧菌（Vibrio parahaemolyticus）在低盐胁迫下K+依赖性适应性及转录组学的研究

《International Journal of Food Microbiology》：Study on the K+-dependent adaptability and transcriptomics of Vibrio parahaemolyticus under low-salt stress

张希功|吴艺文|钱世萌|潘英杰|赵勇|刘海泉

上海海洋大学食品科学与技术学院，上海，201306，中国

摘要

副溶血性弧菌（V. parahaemolyticus）逐渐显示出对低盐胁迫（0.25% NaCl）的显著适应性，但其依赖钾离子（K⁺）的适应机制仍不清楚。本研究系统地阐明了V. parahaemolyticus在低盐淡水条件下通过K⁺介导的耐受特性。通过对多个菌株的表型分析发现，当K⁺浓度为0.1–0.4%时，补充0.1–0.4%的KCl可以以浓度依赖的方式恢复细菌的生长动力学，最大生长速率（μmax）增加了8.33%–500.85%，延迟时间（LT）减少了26%–84%。此外，K⁺增强了细菌的运动能力，并在48小时内显著促进了生物膜的形成，使生物膜生物量增加了1.5–8.7倍。转录组测序显示，在0.4% KCl条件下有614个差异表达基因（DEGs），如iscS、galT、rplB、rpsC、rpsO、fliC和qseB。这表明K⁺介导了细胞物质和能量代谢核心系统的重启，同时增强了运动能力、群体协作和潜在的致病性。最终，这有助于菌株在低盐环境中恢复增殖并适应胁迫。尽管Lateolabrax japonicus的定植仍与盐度无关，但K⁺增强了其在肠道模型中的致病性，对Caco-2细胞的抑制作用增加了1.3–1.7倍。这些发现确立了K⁺作为生长适应性、代谢恢复和致病性表达的关键调节因子的作用，为降低V. parahaemolyticus在淡水供应链中的风险提供了潜在靶点。

引言

副溶血性弧菌是一种常见的革兰氏阴性食源性病原体，存在于高盐海洋环境中（NaCl浓度为3%）（Gode-Potratz等人，2011年；Zhang等人，2024年）。它可以通过单个极性鞭毛附着在水中的惰性和活性表面，是全球食源性胃肠炎的主要病原体（Huang和Wong，2012年）。其特征性的致病因子包括耐热直接溶血素（TDH）、TDH相关溶血素（TRH）、两组III型分泌系统（T3SS），以及附着和侵入肠上皮细胞的能力（Li等人，2014年；Makino等人，2003年；Pazhani等人，2014年；Plaza等人，2024年；Raghunath，2014年）。感染后的临床症状主要表现为水样腹泻、腹痛、恶心、呕吐和头痛，某些菌株还导致虾的急性肝胰腺坏死病（AHPND）（Li等人，2019年）。继发性败血症（常见于严重的胃肠炎或伤口感染病例）可能导致死亡，尤其是在已有肝病患者中（Xu等人，2024年；Zheng等人，2025年）。此类感染造成的公共卫生负担在全球范围内持续增加。

研究表明，钠离子（Na⁺）为细菌的关键过程提供能量，如ATP合成、物质运输（例如氨基酸吸收）、鞭毛运动和耐药蛋白的外排（Efiok和Webster，1992年；Steuber和Fritz，2024年；White等人，2022年）。钠循环系统使细菌能够在高盐、碱性或酸性等极端环境中维持代谢活动，显著增强其生存和致病能力（Padan和Landau，2016年；Yang等人，2007年）。尽管这种细菌在高盐栖息地中的生存机制相对明确，但最近的研究发现，由低盐或受淡水污染的海产品引起的感染事件显著增加，表明在低盐胁迫下存在特殊的适应机制（Chen等人，2021年；Song等人，2025年）。

此外，传统理论强调Na⁺在渗透调节中的核心作用。作为细胞中最丰富的单价阳离子，K⁺在维持细胞内稳态方面起着核心作用，涉及多种关键生理过程，如渗透压调节、pH胁迫响应和膜电位稳定（Contreras等人，2024年；Marakhova等人，2024年）。当细胞面临高渗胁迫时，K⁺作为渗透调节剂迅速在细胞内积累，并同时激活兼容溶质的生物合成和运输系统（Gulati等人，2024年）。K⁺通过与K/H交换蛋白KefC的脱水结合位点特异性结合，触发细胞内酸化，从而增强细菌在胁迫下的生存能力（Gulati等人，2024年）。此外，由K⁺在细胞内的富集和Na⁺的外排建立的跨膜离子梯度不仅为次级主动运输提供驱动力，还在维持细胞膜的电化学势差和细胞质pH的稳态中起决定性作用（Rozov等人，2019年）。

然而，副溶血性弧菌在低盐胁迫下的K⁺依赖性适应机制尚未得到系统分析。在其K⁺动态调节网络、转运基因的表达谱、生长代谢以及与致病因子的相互作用关系方面仍存在显著的知识空白。因此，系统探索副溶血性弧菌在低盐环境中的K⁺依赖性适应策略对于阐明其环境生存能力和致病性调节机制至关重要。

章节片段

细菌培养

先前的研究表明，副溶血性弧菌可以根据基因型分为tdh⁺/trh⁺/tlh⁺、tdh⁺/trh^?/tlh⁺、tdh^?/trh^?/tlh⁺和tdh^?/trh⁺/tlh⁺。含有tdh或trh基因的菌株是致病菌株（Liu等人，2016年）。相反，不含这些基因的菌株是非致病菌株。在本研究中，选择了四个临床分离株（VP17、VP44、VP49和VP85）以及两个标准菌株（ATCC17802和ATCC33847）。这种选择旨在确保广泛的基因型覆盖

副溶血性弧菌的SEM形态差异

为了可视化观察和分析副溶血性弧菌在不同盐度环境中的形态变化，使用了扫描电子显微镜（SEM）。与对照组（图1A）相比，低盐胁迫下的菌株（图1B）细菌分散程度显著增加。细菌形态从短杆状、饱满圆形变为表面凹陷和皱缩，表明低渗环境破坏了细胞生长平衡。如图1所示

结论

本研究明确指出K⁺是副溶血性弧菌
适应0.25% NaCl低盐胁迫的核心协调因子。通过整合表型分析和转录组研究，发现0.1%至0.4%浓度的K⁺补充可以通过浓度依赖机制恢复细菌的适应性：具体来说，它重启了生长动力学参数（缩短了延迟期并提高了最大生长速率）

讨论

本研究系统地揭示了K⁺在介导副溶血性弧菌
适应0.25% NaCl低盐胁迫中的关键作用，超越了传统观点，即Na⁺是细菌渗透适应的主要调节因子（Broberg等人，2011年）。我们发现的一个关键点是，即使在等渗高K⁺条件下，K⁺也无法完全替代Na⁺以实现最佳功能，因为生长和运动能力仍会持续受损。

CRediT作者贡献声明

张希功：撰写——原始草稿、方法学、数据管理。吴艺文：项目管理、数据管理。钱世萌：验证、资源管理、数据管理。潘英杰：项目管理、方法学、正式分析。赵勇：监督、软件使用、调查。刘海泉：撰写——审稿与编辑、监督、资源管理、项目管理、资金获取。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。

致谢

本工作得到了上海农业应用技术发展计划（资助编号：X2024-02-08-00-12-F00038）的支持。