食品发酵工业中的潜在杀手—噬菌体

噬菌体是可侵染细菌、放线菌等微生物并在其中复制的一类病毒。在生物圈中，噬菌体是一种最为普遍的生物体，无处不在地分布于空气、土壤、海水及动物内脏等环境中。迄今为止，噬菌体与细菌间的抗争一直在持续，其中烈性噬菌体可特异性侵染细菌细胞，最终导致细胞裂解并释放出大量新的病毒粒子。噬菌体侵染是食品发酵工业中存在的严重危害之一。乳酸菌（LAB）作为商业发酵剂被普遍用于发酵食品（发酵乳制品、发酵肉制品、泡菜等）生产中。优良乳酸菌发酵剂或非发酵剂的质量是优质发酵食品生产的前提，而噬菌体污染对食品发酵工业却构成了严重的威胁。作为发酵剂或非发酵剂的菌株一旦受到烈性噬菌体侵染，则会导致其代谢活性下降，发酵过程缓慢或完全终止，进而带来严重的经济损失。因此，对乳酸菌噬菌体的研究引起越来越多国内外学者及研究人员的关注。

内蒙古农业大学“乳品生物技术与工程”教育部重点实验室研究团队从乳酸菌异常发酵液中分离得到一株乳杆菌烈性噬菌体P1，并对其生长特性、耐受能力、吸附特性等进行了探究，发表相关学术论文4篇（见表1）。

表1发表相关学术论文

1.噬菌体P1的生长特性

(a)噬菌体P1电镜图                     (b) 一步生长曲线

 图1 噬菌体P1生长特性

由于噬菌体对宿主菌有强的依赖性和专一性，使得其种类呈现多样性。早期Bradley基于噬菌体形态将其分为三类：①A型，收缩性尾；②B型，非收缩性长尾；③C型，非收缩性短尾。后来，Aekerman和DuBow将噬菌体区分为不同的家族，并将Bradley命名的形态型A～C重新分类并命名为Myoviridae、Siphoviridae和Podovirdae。乳品工业生产中存在的噬菌体大多属于Siphoviridae。透射电镜图显示，噬菌体P1属于非收缩性长尾科的B1型。其潜伏期为45min，裂解期为90 min，裂解量平均值为132.88±2.37 PFU。

2.噬菌体P1的环境耐受能力

乳制品发酵生产中，从奶源获取到产品生产过程会出现外界环境因素的不可控变化（如：温度、pH值），而乳酸菌噬菌体污染则可能出现在发酵过程的任何一个阶段，导致产酸缓慢进而造成整批产品全部损失。当噬菌体侵染发生在发酵早期时，会引起高pH值、乳糖高浓度残留，及乳酸含量不足等问题。同时，残留的乳糖可作为腐败菌生长及代谢的培养基，可能严重影响发酵的顺利进行。为了研究噬菌体耐受外界环境因素的能力，研究者检测了噬菌体P1在不同温度（0℃、10℃、20℃、30℃、37℃、42℃和50℃）及pH值（2-11）条件下的耐受能力，研究结果如下：pH值对噬菌体P1的存活率有显著影响（P<0.05），pH2可使其完全失活，但在pH6-10时存活率可达95％以上（P>0.05）。温度对噬菌体P1的存活率无显著影响（P>0.05），其存活率处于较为平稳的状态，高达95.88％。

图2 噬菌体P1在不同环境条件下的侵染能力

3.噬菌体P1的吸附能力

噬菌体侵染细菌可分为3个阶段：侵染阶段、增殖阶段和成熟阶段。噬菌体侵染宿主菌的第一步就是吸附。噬菌体和细菌细胞表面的特异性吸附取决于宿主细胞表面成分和噬菌体成分。相关研究表明，在革兰氏阳性细菌中，细菌细胞壁的肽聚糖、壁磷壁酸、脂磷壁酸和细胞膜相关蛋白可作为噬菌体吸附细菌的受体分子。并且噬菌体吸附过程受到外界条件（如：温度、pH值、二价阳离子等）的影响，进而影响噬菌体增殖。

图3 不同理化因素对噬菌体P1吸附能力的影响

研究者探究了理化因素对噬菌体P1吸附能力的影响，结果表明：pH值、二价阳离子对噬菌体P1吸附能力有明显影响。pH 4-8时其吸附率无显著变化，均可达91.67％；在碱性条件(pH9-11)下噬菌体P1的吸附受到抑制，吸附率低于50％。二价阳离子对噬菌体P1吸附效果的影响程度为：Ca²⁺＞对照＞Mg²⁺。Ca²⁺有助于增加噬菌体的吸附能力，提高吸附速度。Ca²⁺组的吸附率随着时间延长而大幅增加；同期空白组则增加较缓；而Mg²⁺组呈现初期增长后期下降趋势。吸附45min后，Ca²⁺组吸附率可达到96.22％，空白组为63.78％，Mg²⁺组仅有19.5％。

噬菌体P1的吸附能力受温度、细胞蛋白质合成抑制剂影响较小。中低温环境（0℃、10℃、20℃、30℃、37℃、42℃）对其吸附能力没有明显影响，吸附率可达85.72％， 37℃时吸附效果最好，吸附率达到最高值95.83％。而50℃对噬菌体P1的吸附能力虽有显著影响，但其吸附率仍可达到72.33％。细胞蛋白质合成抑制剂通过抑制细胞表面蛋白质合成从而影响噬菌体与宿主菌间的相互作用。研究表明，经不同浓度氯霉素处理的宿主菌对噬菌体P1吸附能力未产生明显影响，吸附率均处于较高水平，氯霉素浓度为100µg/mL时，吸附率仍为95.25％。

图4 噬菌体P1吸附侵染图

通过探究乳杆菌烈性噬菌体P1的生长特性、耐受能力、吸附特性等，可在丰富乳酸菌噬菌体资源的同时，为其进一步深入研究提供一定的理论基础和数据支持。