通過噬菌體與益生菌之間的協同作用來對抗抗噬菌體的假單胞菌基爾森斯菌（Pseudomonas kielensis）變種
《Food Microbiology》：Fighting phage-resistant variants of
Pseudomonas kielensis by synergistic interaction between bacteriophages and probiotic treatment
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時間：2026年03月01日
來源：Food Microbiology 4.6
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噬菌體phiPKYZU08靶向冷鏈食品中的腐敗菌假單胞菌Kielensis PK-YZU08，其短尾二十面體頭部結構及43,378bp基因組具有81.18%與噬菌體phiNV3同源性。但長期使用出現耐藥菌株，其生物膜形成能力增強。聯合乳酸桿菌LP03提取物（6.25%-100%）與phiPKYZU08（10^6 PFU/mL）可協同抑制細菌增殖，12h完全抑制，48h最低抑菌率達79.06%。協同機制包括直接殺菌、抑制生物膜形成及阻斷耐藥菌株進化。該多靶策略為食品工業防控假單胞菌提供了新方案。
袁蕾|吳鳳宇|陳超偉|唐安琪|徐舒|陳飛|楊振權
揚州大學食品科學與工程學院，中國揚州225127
摘要 Pseudomonas kielensis 是一種已知會導致食品腐敗的嗜冷細菌。噬菌體已被證明是抑制食品行業中腐敗細菌生長的有希望的替代品。本研究分離并鑒定了一種針對P kielensis 的新溶菌性噬菌體phiPKYZU08。屬于Autographiviridae 家族的phiPKYZU08噬菌體具有較短的尾部（16.05納米）和二十面體頭部（49.85納米），其裂解效率為226 PFU/細胞，潛伏期為10分鐘，裂解期為30分鐘。該噬菌體的雙鏈DNA基因組長度為43,378 bp，包含52個開放閱讀框（ORFs），與Pseudomonas agarici 噬菌體phiNV3的基因組有81.18%的同源性，但不含有毒力或抗生素抗性基因。然而，在噬菌體處理后觀察到了抗性菌株，這些抗性菌株表現出更強的生物膜形成能力。RNA測序結果顯示，與能量代謝相關的12條KEGG通路上調，而戊糖磷酸途徑、硫代謝和ABC轉運蛋白通路顯著下調。為了克服噬菌體抗性，將Lactiplantibacillus plantarum LP03提取物（濃度范圍為12.5%至100%）與噬菌體phiPKYZU08（106 PFU/mL）聯合使用，對P kielensis PK-YZU08的再生表現出協同作用，在處理12小時、24小時和48小時后完全抑制了細菌生長。即使是最低濃度的L plantarum LP03提取物（6.25%）與噬菌體phiPKYZU08聯合使用，在48小時時仍保持了79.06%、24小時時71.63%、12小時時56.60%的抗菌效果。這種協同機制通過三條主要途徑實現：（1）直接的抑菌活性以抑制細菌生長；（2）抑制生物膜形成以破壞細菌群落完整性；（3）抑制對噬菌體不敏感的突變體以減緩抗性進化。總體而言，這種多靶點策略為食品工業中控制Pseudomonas 提供了一種創新且有效的方法。
引言 Pseudomonas 屬表現出顯著的代謝多樣性，是系統發育上變化最大的菌屬之一，截至撰寫本文時約有351個有效物種（
https://lpsn . dsmz.de/genus/pseudomonas）。該屬的成員具有良好的環境適應性，能夠定殖從空氣到土壤、水以及不同來源的食品樣本等多種生態位（Alexandre等人，2025年）。
Pseudomonas kielensis 最初從德國的原料牛奶中分離出來，并被鑒定為
Pseudomonas 屬的一個新物種，是冷鏈食品腐敗的主要致病菌（Gieschler等人，2021年）。
Pseudomonas 菌株的危害性源于其獨特的低溫適應性和產生耐熱酶的能力，這些酶會通過產生異味、顏色缺陷和苦味等途徑對食品質量產生不利影響（Dou等人，2025年；Yuan等人，2025b年）。
Pseudomonas 物種在食品加工過程中還帶來了另一個重大挑戰，因為它們能夠在各種食品接觸表面形成強生物膜，而且在冷藏溫度（4-10°C）下形成的生物膜生物量和細胞外基質比在正常條件下更高（Liu等人，2023年）。這些成熟的生物膜對常規的物理和化學消毒方法具有很強的抵抗力（Dai等人，2024年；Liu等人，2023年；Mgomi等人，2025年）。處于生物膜狀態的Pseudomonas 分離株通常產生的蛋白酶量比浮游細胞更多（Teh等人，2012年）。此外，Pseudomonas 的存在不僅能夠促進其他食源性病原體在混合生物膜中的形成，還能保護這些病原體免受極端溫度、抗菌劑和pH值波動等不利條件的影響（Zhou等人，2024年；Zarei等人，2023年）。作為食品加工設備上的持續微生物庫，Pseudomonas 生物膜成為食品工業中安全和質量問題的持續污染源。這些顯著影響凸顯了開發針對Pseudomonas 的新穎有效控制策略的迫切需求。
天然策略，如噬菌體、精油、益生菌和有機酸，被認為是減少Pseudomonas 引起的食品腐敗的有效方法（Dai等人，2024年；Mgomi等人，2021年；Ding等人，2025年；Chen等人，2024年）。
與傳統化學殺菌劑或抗生素相比，噬菌體已成為減少易腐食品中細菌負荷的有希望的替代品。先前的研究廣泛報道了噬菌體在減少食品中細菌負荷、控制Pseudomonas 生長和傳播以及降低Pseudomonas 在食品工業中造成的風險方面的作用（Yuan等人，2025c年；Ming等人，2025年；Mgomi等人，2021年）。例如，屬于Podoviridae 家族的噬菌體UFJF_PfSW6和UFJF_PfDIW6在4°C下將牛奶中的P. fluorescens 數量減少了3.2 Log CFU/mL（do Nascimento等人，2022年）。噬菌體YZU_PF006有效抑制了P. fluorescens 的生長，并以濃度依賴的方式抑制了其蛋白酶的產生，從而減輕了隨后的食品腐敗，包括pH值下降、顆粒大小增加、苦味氨基酸的形成和酪蛋白的水解（Yuan等人，2025b年）。然而，Pseudomonas 的廣泛表型和基因型多樣性成為噬菌體生物控制廣泛應用的主要瓶頸，因為其宿主范圍相對較窄（Ming等人，2025年；Yuan等人，2025c年）。值得注意的是，迄今為止，針對P kielensis 并控制其在食品工業中污染的噬菌體研究還非常有限。
然而，噬菌體抗性變異體的出現構成了基于噬菌體干預的主要障礙，限制了噬菌體在食品工業中的長期效果和可擴展性。早期研究表明，噬菌體抗性可以迅速發展并在食品加工環境中持續存在，反復使用噬菌體會產生選擇壓力，從而放大抗性亞群（Ge等人，2022年）。例如，在30o C下，以100的MOI處理噬菌體后，2小時內Listeria monocytogenes 的活細胞數量減少了1.4 Log，但在24小時后細胞數量又恢復到初始水平（Maung等人，2024年）。細菌已經進化出多種逃避噬菌體感染的策略，包括阻止噬菌體吸附到細胞表面、介導超感染排斥以防止二次噬菌體入侵、激活限制-修飾系統降解噬菌體DNA、利用CRISPR-Cas系統進行序列特異性噬菌體基因組靶向、觸發中止性感染以犧牲受感染細胞并限制噬菌體傳播以及誘導群體感應（Georjon和Bernheim，2023年）。
相比之下，采用物理、化學和生物技術的聯合抗菌方法被推薦為控制由噬菌體抗性變異體引起的細菌污染的有效手段（Zou等人，2022年；Costa等人，2024年）。作為具有天然抑菌活性的益生菌，乳酸菌（LAB）的抗菌特性在食品保存和防止致病菌及腐敗菌方面引起了廣泛關注（Wang等人，2019年）。其拮抗機制包括代謝物抑制、競爭性排斥和群體感應干擾。在LAB代謝物中，有機酸通過降低環境pH值破壞細菌膜完整性，而螯合金屬離子則抑制關鍵酶活性。同時，抗菌肽通過特定的分子識別機制靶向微生物細胞結構（Pang等人，2022年）。鑒于Pseudomonas 在工業環境中形成的生物膜及其導致的巨大經濟損失，將LAB及其提取物與噬菌體療法結合使用提供了一種可持續的控制方法。然而，目前對這項技術的理解仍然非常有限，許多關鍵研究問題尚未得到解決。
在這項研究中，從中國揚州收集的污水樣本中分離出一種針對P. kielensis 的新溶菌性噬菌體phiPKYZU08。分析了phiPKYZU08的生物學特性、基因組特征及其在食品模型中的抑制效果。在噬菌體應用過程中觀察到了P. kielensis PK-YZU08的抗性突變體，并通過表型和轉錄組分析探討了P. kielensis 的噬菌體抗性機制。為了克服這一限制，探索了LAB提取物與噬菌體聯合使用對P. kielensis PK-YZU08的協同作用。這些發現可以為控制冷鏈食品中的P. kielensis 提供理論和技術支持，從而減輕由微生物腐敗引起的食品質量下降和經濟損失。
部分內容片段 細菌菌株和生長條件 宿主P kielensis PK-YZU08和益生菌菌株Lactiplantibacillus plantarum LP03分別從腐敗的魚產品和泡菜樣本中分離并鑒定。菌株的鑒定依據了先前的研究方法（Xu等人，2014年；Gu等人，2017年）。簡要來說，使用DNA提取試劑盒（AxyPrep Bacterial Genomic DNA Miniprep Kit，Axygen，中國）提取了細菌DNA。使用引物27F和1492R擴增16S rRNA基因
P. kielensis 噬菌體的分離和鑒定噬菌體作為針對病原體和腐敗細菌的生物控制劑受到了越來越多的關注。先前的研究報道了噬菌體在控制Pseudomonas 污染引起的食品腐敗方面的應用（Yuan等人，2025b年；Qin等人，2024年）。然而，Pseudomonas 在自然環境中的廣泛表型和基因型多樣性限制了針對該屬新鑒定物種的噬菌體的應用。
在這項研究中，分離出一種新的
結論 本研究提供了一種針對P kielensis PK-YZU08的新噬菌體phiPKYZU08，該噬菌體具有良好的穩定性和抗菌活性，但在長時間處理后仍觀察到了抗性菌株。抗性菌株表現出更強的生物膜形成能力，這對食品工業來說是一個潛在的挑戰。為了解決這個問題，本研究還建立了一種基于噬菌體和益生菌的治療方法，這項技術代表了根除P. kielensis 的有效策略
CRediT作者貢獻聲明 袁蕾： 撰寫——初稿，實驗研究。吳鳳宇： 實驗研究，數據分析。陳飛： 撰寫——審稿與編輯。楊振權： 撰寫——審稿與編輯，監督，資金獲取。徐舒： 資源提供，項目管理。陳超偉： 數據分析，數據管理。唐安琪： 軟件使用，數據管理
未引用參考文獻 Chen等人，2024年；Majdani和Ghahfarokhi，2022年；Titze和Kr?mker，2020年；Wang等人，2020年；Yuan等人，2020年；Yuan等人，2020年。
致謝 本研究得到了國家自然科學基金 （項目編號：32372368、32302953）、中國博士后科學基金 （2021TQ0274、2022M720120）、揚州大學 的“青蘭”人才支持計劃以及江蘇農業 集團有限公司南通分公司的餐飲食品聯合發展基金的支持。
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