噬菌体内溶素—一种控制食源性致病菌的新方法

2022-09-01 00:00:00
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核心提示:由食源性致病菌引起的食品安全问题严重威胁着人类的生命健康。随着耐药细菌的流行日益加剧,传统杀菌方式已经不能满足防控致病菌需求,迫切需要开发一种有效的新型杀菌技术。噬菌体内溶素是dsDNA噬菌体在感染后期编码合成的一种细胞壁水解酶,可以选择性地快速杀灭特定的细菌,且不易产生抗性,是精准型的抗菌物质。

  食源性疾病是全球关注的首要食品安全问题[1]。由受污染的食物引起的疾病和死亡对人类健康造成了持续性的威胁,也是全世界经济社会发展的重大障碍[2]。在中国食源性疾病事件中,食源性致病菌导致的发病人数最多,占52.01%。其中,副溶血性弧菌、沙门氏菌、金黄色葡萄球菌及其毒素、蜡样芽胞杆菌、致泻大肠埃希氏菌等是主要的致病因子[3]。


  食品工业中传统的杀菌技术包括加热杀菌、辐射杀菌和膜过滤除菌等。常用的热杀菌方式会导致食品质地的受损以及营养成分的丢失且耗能高[4]。辐射杀菌是通过电离射线照射微生物而达到杀灭效果的一种方法,辐射以电磁波的形式传递能量,可杀灭固体或液体食品中的细菌、孢子和霉菌等,但有如下缺点;(1)敏感性强的食品在经过高剂量照射后可能会发生不期望的品质与感官变化;(2)微生物的辐射致死剂量对人体生命健康也有一定的危害;(3)辐照设备复杂、照射费用较高[5]。抗生素杀菌技术的使用往往破环食品中有益的微生物群落,此外由于抗生素和其他抗菌类药物的滥用,导致致病菌对抗生素类抗菌剂的耐药性日益增强。据统计,欧盟每年大约有33110人因为耐药性感染而死亡[6]。如果不采取行动,到2050年,抗生素耐药性可能每年导致1000万人死亡[7]。为了人类的健康和食品工业的可持续发展,迫切需要一种新型的有效杀菌技术以弥补传统杀菌技术的缺点。基于此,很多研究者把兴趣转移到了噬菌体生物防治技术上。

  噬菌体内溶素是dsDNA噬菌体在感染后期,由噬菌体基因编码合成的一种细胞壁水解酶,与宿主菌接触后通过降解细胞壁中的肽聚糖而迅速破坏细胞壁结构,从而释放新组装的噬菌体[8]。具体来说,内溶素通过穿孔素在细胞膜上形成孔洞,进而抵达细菌细胞壁上的肽聚糖靶点,然后对细菌细胞壁上的各种化学键进行切割水解,最终导致细菌裂解、死亡[9]。一般来说,内溶素可以直接从胞外裂解革兰氏阳性菌,但不能降解革兰氏阴性菌。因为革兰氏阴性菌的外膜有效地阻止了内溶素的进入[10]。

  革兰氏阳性噬菌体的内溶素具有由酶活性结构域(EADs)和细胞壁结合结构域(CBD)组成的模块结构。EADs提供了切割肽聚糖结构的实际酶活性,而CBD识别并引导内溶素结合到特异性的细胞壁配体分子,从而是内溶素具有高特异性[11, 12]。使用内溶素被认为是安全的,因为它们不会产生基因转导问题或促进耐药细菌的出现等问题。虽然人们对噬菌体的应用存在担忧,如噬菌体耐药菌的出现和基因转导[13],但内溶素不会产生这样的问题。因此,内溶素是一种很有前途的生物防治制剂,可在食品安全领域应用。

  参考文献

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  3. 李红秋, 郭云昌, 宋壮志, 马永忠, 陆冬磊, 袁秀娟, 郭晚花, 邹晶, 刘继开, 李薇薇 et al: 2019年中国大陆食源性疾病暴发监测资料分析. 中国食品卫生杂志 2021, 33(06):650-656.

  4. Espinosa MF, Sancho AN, Mendoza LM, Mota CR, Verbyla ME: Systematic review and meta-analysis of time-temperature pathogen inactivation. International Journal of Hygiene and Environmental Health 2020, 230:113595.

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  7. Tagliabue A, Rappuoli R: Changing priorities in vaccinology: antibiotic resistance moving to the top. Frontiers in immunology 2018, 9:1068.

  8. Linden SB, Alreja AB, Nelson DC: Application of bacteriophage-derived endolysins to combat streptococcal disease: current State and perspectives. Current Opinion in Biotechnology 2021, 68:213-220.

  9. Palmer T, Finney AJ, Saha CK, Atkinson GC, Sargent F: A holin/peptidoglycan hydrolase‐dependent protein secretion system. Molecular Microbiology 2021, 115(3):345-355.

  10. Vázquez R, García E, García P: Phage lysins for fighting bacterial respiratory infections: a new generation of antimicrobials. Frontiers in immunology 2018, 9:2252.

  11. Abdelrahman F, Easwaran M, Daramola OI, Ragab S, Lynch S, Oduselu TJ, Khan FM, Ayobami A, Adnan F, Torrents E: Phage-Encoded Endolysins. Antibiotics 2021, 10(2):124.

  12. Gondil VS, Harjai K, Chhibber S: Endolysins as emerging alternative therapeutic agents to counter drug-resistant infections. International journal of antimicrobial agents 2020, 55(2):105844.

  13. Oechslin F: Resistance development to bacteriophages occurring during bacteriophage therapy. Viruses 2018, 10(7):351.

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