ε-聚赖氨酸对大肠杆菌的抑菌机制

王梓源,李欣颖,吕俊阁,付萍,孙雪文,李雪晶,谭之磊,贾士儒*

(天津科技大学 生物工程学院,食品营养与安全国家重点实验室,天津,300457)

摘 要 ε-聚赖氨酸(ε-poly-L-lysine,ε-PL)是一种具有广谱抑菌性的聚阳离子多肽,目前已作为生物防腐剂被广泛应用。为揭示ε-PL的抑菌机理,以大肠杆菌(Escherichia coli)为模式菌株,研究了ε-PL作用下E. coli的生长曲线、存活率以及ε-PL对E. coli细胞表面疏水性、内外膜穿透活性的影响,并且利用扫描电子显微镜观察了E. coli细胞形态在ε-PL作用下的变化,探究了ε-PL处理后E. coli聚团黏连现象。结果表明,ε-PL对E. coli的抑菌活性具有浓度依赖性,与ε-PL浓度呈正相关,当ε-PL质量浓度达到100 μg/mL时,有明显抑菌效果。研究还发现,ε-PL能够增强E. coli细胞表面疏水性及细胞内、外膜的通透性,并且改变E. coli细胞膜内外电势,使其细胞内容物如核酸、蛋白质等大量渗出,从而实现对E. coli的杀菌作用。基于上述实验结果推测,ε-PL可能是通过毡毯模型中描述的作用模式将E. coli细胞杀死。

关键词 ε-聚赖氨酸;大肠杆菌;抑菌机制;菌体细胞;抑菌活性

DOI:10.13995/j.cnki.11-1802/ts.024181

引用格式:王梓源,李欣颖,吕俊阁,等.ε-聚赖氨酸对大肠杆菌的抑菌机制[J].食品与发酵工业,2020,46(21):34-41.WANG Ziyuan,LI Xinying,LYU Junge,et al.The antimicrobial mechanism of ε-poly-L-lysine against Escherichia coli[J].Food and Fermentation Industries,2020,46(21):34-41.

The antimicrobial mechanism of ε-poly-L-lysine against Escherichia coli

WANG Ziyuan,LI Xinying,LYU Junge,FU Ping,SUN Xuewen, LI Xuejing,TAN Zhilei,JIA Shiru*

(State Key Laboratory of Food Nutrition and Safety, College of Biotechnology, Tianjin Uni ersity of Science and Technology, Tianjin 300457, China)

ABSTRACT ε-Poly-L-lysine (ε-PL), a poly cationic peptide with broad-spectrum antimicrobial acti ity, has been widely used as a natural preser ati e. In order to re eal the antimicrobial mechanism of ε-PL, its antibacterial properties against Escherichia coli were in estigated. and the effects of ε-PL on the morphology, the growth cur e, sur i al rate, cell-surface hydrophobicity, inner and outer membrane penetrating acti ity were studied. Results showed that ε-PL inhibited the growth of E. coli in a dose-dependent manner and the inhibition effect was positi ely correlated with ε-PL concentration, 100 μg/mL of ε-PL achie ed significant antibacterial effect. In addition, ε-PL enhanced the hydrophobicity and permeability of E. coli membrane which led to the leakage of nucleic acid, protein and electrolyte and finally the cell death. The holes and micelles appeared on the cell membrane of E. coli and the cells became aggregati e and adhesi e after ε-PL treatment and was further confirmed by the dynamic light scattering. In conclusion, ε-PL may achie e the bacteriostatic effect by destroying the cell structure of E. coli and the antibacterial mechanism of ε-PL against E. coli is similar to the way described by the carpet model. These findings gi e insights for better application of ε-PL in the field of food preser ation, and also ha e a reference alue for the study of bacteriostatic mechanism of ε-PL against other bacteria.

Key words ε-poly-L-lysine; Escherichia coli; bacteriostatic mechanism; bacterial cell; bacteriostatic acti ity

第一作者:博士,讲师(贾士儒教授为通讯作者,E-mail:jiashiru@tust.edu.cn)

基金项目:国家重点研发计划课题项目(2018YFD0400205);国家自然科学基金项目(31771952)

收稿日期:2020-04-09,改回日期:2020-05-12

ε-聚赖氨酸(ε-poly-L-lysine,ε-PL)作为一种天然防腐剂具有广谱抑菌性,已被广泛应用于食品、医药、电子工业中[1]。但是目前国内对ε-PL的研究多集中于ε-PL高产菌株的选育[2-3]与应用[4-5]方面,对其详细的抑菌机理了解有限,并且已有大部分报道是关于ε-PL对革兰氏阳性菌和酵母的抑菌机制研究。LIN等[1]研究发现,ε-PL所带正电荷可中和单增李斯特菌细胞表面的负电荷,增加细胞膜透性,从而破坏细胞膜结构。BO等[6-7]研究了ε-PL对酿酒酵母细胞的抑菌机理,发现抑菌和杀菌机制均与ε-PL浓度有关:当ε-PL浓度达到阈值浓度时,以毡毯模型的作用方式迅速作用于酿酒酵母细胞膜,使磷脂双层弯曲穿孔,最终导致细胞死亡;当其浓度低于阈值水平时,可增加细胞膜通透性,改变细胞膜结构,破坏细胞膜功能,从而导致细胞内中心碳代谢被抑制。程雅文[8]发现,亚致死浓度的ε-PL可诱导酿酒酵母细胞中的活性氧迸发,使细胞进入凋亡早期阶段;致死浓度的ε-PL能使细胞进入凋亡后期阶段直至死亡。

而关于ε-PL对革兰氏阴性菌的抑菌机理鲜少报道,大肠杆菌(Escherichia coli)是人和多数动物体内常见的肠道共生革兰氏阴性菌[9],且广泛存在于动植物产品中[10-11],肉制品在加工过程中极易受到E. coli污染,从而引发食源性疾病[12]。不同的大肠杆菌菌株和不同生长状态的同一菌株对ε-PL的耐受性不同。ZHANG等[13]研究了ε-PL对E. coli O157∶H7的抑菌作用,认为低剂量(质量浓度16 μg/mL)ε-PL能够破坏O157∶H7细胞膜的完整性和通透性,从而起到抑菌作用。但对于某些大肠杆菌,此剂量的ε-PL并无抑菌效果,需要使用高剂量(质量浓度≥50 μg/mL)防腐剂[14]E.coli TUST006是本课题组从腐败食品中分离出的菌株,相比于其他E.coli在食品防腐领域中的应用更具研究价值。因此,本文以E. coli TUST006作为模式菌株,取处于对数生长期、生长旺盛的菌体为研究对象,通过抑菌实验探究高剂量ε-PL对E. coli TUST006的抑菌作用。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

1.1.1 菌株

E. coli TUST006(下文统一简写为E. coli),天津科技大学生化工程研究室。

1.1.2 主要试剂

邻硝基苯-β-D-半乳吡喃糖苷(2-nitrophenyl-β-D-galactopyranoside, ONPG)(分析纯)、N-苯基-1-萘胺(N-phenyl-1-naphthylamine, NPN)(分析纯),生工生物工程(上海)股份有限公司;酵母粉(分析纯),英国OXOID;胰蛋白胨(分析纯)、NaCl(分析纯)、NaOH(分析纯)、戊二醇(色谱纯),天津市化学试剂一厂;ε-PL(纯度≥ 99%),浙江新银象生物技术有限公司;其他试剂均为市售分析纯。

1.1.3 培养基及相关溶液

LB液体培养基:胰蛋白胨10 g/L,酵母粉5 g/L和NaCl 10 g/L,5 mol/L的NaOH溶液调pH至7.0~7.2。LB固体培养基在液体培养基的基础上加入1.0%~2.0%的琼脂。所有培养基均121 ℃,1×105 Pa灭菌20 min。

磷酸缓冲盐溶液(phosphate buffer saline,PBS):KH2PO4 0.24 g/L,Na2HPO4 1.44 g/L,NaCl 8 g/L,KCl 0.2 g/L,浓HCl调pH至7.4。

PUM(phosphate-urea-magnesium)缓冲液:K2HPO4·3H2O 22.2 g/L,KH2PO4 7.26 g/L,MgSO4 0.2 g/L,尿素1.8 g/L,浓HCl调pH至7.1。

1.2 仪器与设备

紫外可见分光光度计(U mini-1240),日本SHIMADZU公司;电导率仪(FE30),瑞士METTLER TOLEDO公司;扫描电子显微镜(SU1510),日本日立公司;激光粒径测定仪(BI-90Plus),美国BROOKHA EN仪器设备公司;荧光分光光度计(F-7000),日本Hitachi公司。

1.3 实验方法

1.3.1 指示菌的活化

取一环斜面培养保存的E. coli接种于100 mL LB液体培养基中,37 ℃、180 r/min振荡培养12 h后,将培养液转接到100 mL新鲜LB液体培养基中,使初始细胞密度OD600为0.02,37 ℃、180 r/min振荡培养至OD600为0.2,备用。

1.3.2 抑菌曲线的测定

将不同质量浓度的ε-PL溶液分别加入到活化的E. coli菌液中,使ε-PL终质量浓度分别为0、50、100、150、200和250 μg/mL。继续培养10 h,每间隔1 h测定E. coli细胞OD600值,取3次测量值的平均值绘制抑菌曲线。

1.3.3 细胞存活率的测定

将不同质量浓度的ε-PL溶液分别加到活化的E. coli菌液中,使ε-PL终质量浓度分别为0、50、100和150 μg/mL,继续培养,并在2和4 h取一定量的菌液,采用稀释涂布平板法,计算菌落数,每组设3个平行。按公式(1)计算E.coli细胞存活率:

细胞存活率

(1)

1.3.4 ε-PL对E. coli细胞表面疏水性的影响

采用微生物黏着碳氢化合物法测定E. coli细胞的表面疏水性[15]。将E. coli培养至对数期,4 000 r/min离心5 min收集细胞,用PUM缓冲液洗涤并重悬,使菌悬液OD600值为0.5。取3 mL菌悬液分别加入等体积的质量浓度为100、200和300 μg/mL的ε-PL溶液,对照组加入3 mL PUM缓冲液,37 ℃水浴培养,在培养的第2和4 h取样,首先测定菌液的OD600,再取3 mL上述菌液与400 μL十六烷混合,旋涡振荡1 min,静置15 min,取下层水相,用分光光度计测其OD600,每组实验设3个平行。按公式(2)计算细菌表面疏水率:

疏水率

(2)

1.3.5 ε-PL对E. coli菌悬液电导率的影响

取适量指示菌,参考KONG等[16]的方法并稍作改进,测定E. coli菌悬液的电导率值,从而确定金属离子渗出变化趋势。将E. coli培养至对数期,4 000 r/min离心5 min收集菌体细胞,用质量浓度为50 g/L的葡萄糖溶液洗涤并重悬。将上述菌悬液在沸水浴中处理5 min,测得的电导率计为σ0;分别将不同质量浓度的ε-PL溶液与等体积的质量浓度为50 g/L葡萄糖溶液或上述菌悬液混合,使ε-PL的终质量浓度为50、100和150 μg/mL,37 ℃水浴摇床培养,测得的电导率分别计为σ1σ2。各组实验设3个平行。按公式(3)计算混合体系的相对电导率:

相对电导率

(3)

1.3.6 E. coli内膜通透性的测定

以ONPG为反应底物测定β-半乳糖苷酶活性变化,能够反映ε-PL对E. coli内膜通透性的影响。使用含有20 g/L乳糖的LB培养基培养E. coli,4 000 r/min离心10 min收集细胞,重悬于5 g/L NaCl溶液中,使菌悬液OD600值为0.4,如未特殊说明,以下实验所用菌悬液获得方法均与上述相同。将1.5 mL不同质量浓度的ε-PL与1.5 mL E. coli菌悬液、150 μL 30 mmol/L ONPG溶液混合后,立即测定体系在420 nm波长处的吸光值。在第60、90和120 min各记录1次数据,各组实验设3个平行。

1.3.7 E. coli外膜通透性的测定

采用NPN法测定ε-PL对E. coli细胞外膜通透性的影响[17]。分别取1.5 mL质量浓度为0、50、100和150 μg/mL的ε-PL溶液与20 μL 1 mmol/L的NPN溶液混合,用荧光分光光度计分别在激发波长350 nm、发射波长420 nm下检测其荧光强度,然后在上述溶液中加入1.5 mL菌悬液再次检测其荧光强度,直至荧光强度不再增加,2次所测荧光强度之差即为相对荧光强度,各组实验设3个平行。

1.3.8 细菌菌体紫外吸收物的渗透检测

分别取1.5 mL菌悬液加入等体积不同质量浓度的ε-PL,对照组加入等体积蒸馏水,使得ε-PL终质量浓度达到50、100和150 μg/mL。以加入ε-PL为起点,分别在培养的第2和4 h用紫外分光光度计测量菌悬液在260和280 nm波长处的吸光值,各组实验设3个平行。

1.3.9 扫描电镜观察E. coli细胞形态

参考SHIMADA等[18]方法,将收集的菌体用9 g/L NaCl溶液洗涤,重悬于体积分数2.5%戊二醛溶液中,于4 ℃冰箱静置4 h。4 000 r/min离心5 min,弃上清液,沉淀分别用体积分数30%、50%、70%和90%的乙醇进行梯度脱水5 min,最后用纯乙醇重悬。取一定量适宜浓度的样品滴加到盖破片上,晾干。用导电胶将样品粘贴在金属样品台上,真空镀膜,使用扫描电镜(scanning electron microscope,SEM)观察。

1.3.10 ε-PL对E. coli菌体聚集程度的分析

E. coli培养至对数期,加入ε-PL溶液,使其终质量浓度分别为0、50、100和150 μg/mL,以加入ε-PL的时间为零点,分别在2和4 h取样,使用粒径分布仪测定菌体粒径。

2 结果与分析

2.1 不同质量浓度的ε-PL对E. coli的抑菌曲线

由图1可知,对照组E. coli在延滞期后,快速生长,而ε-PL可抑制E. coli生长,且这种作用呈浓度依赖性,抑制效果与ε-PL质量浓度呈正相关。质量浓度100 μg/mL的ε-PL就能够有效抑制E. coli生长,至培养终点OD600约为对照组的一半,而ε-PL质量浓度≥150 μg/mL时,OD600几乎没有增长,实验中的菌液也接近澄清,说明此时ε-PL几乎能够完全抑制E.coli生长。这表明ε-PL发挥抑菌作用需要一定的阈值浓度。

2.2 ε-PL对E. coli存活率的影响

由图2可知,ε-PL可以明显降低E. coli的存活率,且这种效果与ε-PL的质量浓度和作用时间呈正相关。经50 μg/mL ε-PL处理2 h后,E. coli的细胞存活率为47.98%,随着时间延长,其存活率进一步降低;经100、150 μg/mL ε-PL处理2 h后,E. coli存活率分别下降至37.19%和14.88%,作用4 h后E. coli的细胞存活率分别为21.18%和5.61%,说明此时150 μg/mL ε-PL几乎能够完全抑制E. coli生长,此结论与抑菌曲线结果一致。

图1 ε-PL对E. coli的抑菌曲线
Fig.1 The time-kill cur e of ε-PL against E. coli

图2 ε-PL对E. coli存活率的影响
Fig.2 The effect of ε-PL on the sur i al rate of E. coli

2.3 ε-PL对E. coli细胞表面疏水性的影响

ε-PL对E. coli细胞表面疏水性的影响如图3所示,与空白对照组相比,经ε-PL处理后,E. coli细胞表面疏水性明显上升。质量浓度50、100和150 μg/mL的ε-PL作用2 h后,细胞疏水率分别为17.1%、20.3%和34.1%;作用4 h后,疏水率分别为11.4%、7.5%和23.5%。以上结果说明,ε-PL能够明显增大E. coli细胞表面疏水性。此细胞表面疏水性增大的现象与薄涛等[19]研究结果一致。这可能是因为E. coli表面疏水性与细胞壁中脂多糖含量密切相关,细胞壁中的脂多糖含量越低,E. coli细胞表面疏水性越强。而ε-PL带有正电荷,可与E. coli外膜上带负电荷的脂多糖通过静电作用相结合,破坏脂多糖的结构,因此导致E. coli细胞表面疏水性增大。

2.4 ε-PL对E. coli菌悬液电导率的影响

当微生物细胞处于不利环境中,其生物膜流动性降低,半透性丧失,胞内的K+、Na+等电解质大量外泄,导致菌悬液体系电导率升高。因此,通过检测菌悬液的电导率来推测细胞受损情况。结果如图4所示,ε-PL处理后E. coli菌悬液的电导率明显增大,特别是经150 μg/mL ε-PL处理4 h后,E. coli菌悬液的电导率远高于未经处理的对照组。说明菌悬液电导率增大的现象随着ε-PL质量浓度升高而愈发明显。此现象与何静如等[20]研究的(-)-β-蒎烯对沙门氏菌菌液电导率影响的结果较为类似。这可能是由于在ε-PL的作用下,E. coli细胞膜流动性降低,原生质外泄,导致E. coli胞内稳态被破坏,进而起到抑菌作用。

图3 ε-PL对E. coli细胞表面疏水性的影响
Fig.3 The effect of ε-PL on the cell surface hydrophobicity of E. coli

图4 ε-PL对E. coli菌悬液电导率的影响
Fig.4 The effect of ε-PL on the relati e conducti ity of E. coli suspension

2.5 ε-PL对E. coli内膜通透性的影响

E. coli内膜遭到破坏时,其胞内β-半乳糖苷酶会透过细胞质膜泄漏出来,检测β-半乳糖苷酶含量变化可以推测E. coli内膜通透性的变化[21]。如图5所示,在ε-PL作用下,E. coli菌悬液在420 nm波长处的吸光值与对照组相比明显增大,说明ε-PL作用下E. coli胞内β-半乳糖苷酶大量泄漏,即ε-PL能够破坏E. coli细胞膜,最终导致E. coli生长受到抑制直至死亡。此结论与蒋佳佳等[21]研究的氧化石墨烯纳米银复合材料对E. coli细胞内膜的影响结果相似。

图5 ε-PL对E. coli内膜透性的影响
Fig.5 The effect of ε-PL on the inner membrane penetrating acti ity of E. coli

2.6 ε-PL对E. coli外膜透性的影响

菌悬液荧光强度与E. coli外膜被破坏程度呈正相关,如图6所示,对照组菌悬液的荧光强度随时间无明显变化,一直维持在较低水平,而经不同质量浓度ε-PL处理后的实验组菌悬液荧光吸收值,在20~40 min内迅速增加,在40 min后趋于平缓。并且,随着ε-PL质量浓度升高,菌悬液的荧光强度进一步增加。说明ε-PL对E. coli细胞外膜具有破坏作用,且破坏作用与ε-PL质量浓度呈正相关。E. coli外膜渗透性也与脂多糖结构有着密切联系[22],因此,ε-PL对E. coli细胞外膜破坏作用的原因与ε-PL使E. coli细胞表面疏水性增大的原因是一致的,即ε-PL同E. coli表面的脂多糖通过静电作用结合,改变或破坏E. coli的外膜结构,最终造成E. coli死亡。

图6 ε-PL对E. coli外膜透性的影响
Fig.6 The effect of ε-PL on the outer membrane penetrating acti ity of E. coli

2.7 细菌菌体紫外吸收物的渗透检测

核酸、蛋白质等生物大分子贯穿于整个细胞膜和细胞质之中,是细胞的重要组成结构,E. coli细胞膜被破坏时,核酸、蛋白质等大分子物质就会泄漏到胞外[23]。据此,检测菌悬液在260和280 nm波长处吸光度的变化,能够了解细胞膜受损情况。由图7和图8可知,ε-PL可以促进E. coli核酸和胞内蛋白质释放,该实验结果进一步说明ε-PL能够破坏E. coli细胞膜,进而导致菌体的死亡,与ε-PL对E. coli细胞表面疏水率、内外膜透性实验结果一致。

图7 ε-PL对E. coli胞内核酸渗漏的影响
Fig.7 The effect of ε-PL on the leakage of intracellular nucleic acid of E. coli

图8 ε-PL对E. coli胞内蛋白质渗漏的影响
Fig.8 The effect of ε-PL on the leakage of intracellular protein of E. coli

2.8 SEM观察结果

如图9所示,未经ε-PL处理的E. coli细胞表面光滑、形态饱满,未有细胞破损现象(图9-a)。经50、100 μg/mL ε-PL处理2 h后E. coli细胞间出现明显的聚团黏连现象,部分细胞表面出现凹陷,凸起(图9-b和9-c),且随着ε-PL质量浓度升高,细胞表面变得粗糙皱缩、无饱满感,细胞间聚团黏连明显。上述质量浓度下的ε-PL处理4 h与2 h相比,细胞形态无明显变化。而经150 μg/mL ε-PL处理2 h后,菌体表面出现大量微胶粒(图9-d),4 h后大部分菌体破裂塌陷,出现大量孔洞(图9-h),此时E. coli可能已丧失生存能力。此结论说明ε-PL具有破坏E. coli细胞结构的作用,与上述细胞膜疏水性及渗透性、紫外吸收物的渗透实验结果一致。

目前,根据抗菌肽是否会对细胞膜的完整性造成损伤或能否进入细胞质中,将其分为细胞膜损伤机制和非膜损伤机制。在本研究中,SEM观察结果表明,ε-PL抑菌活性是通过膜损伤机制实现的。在膜损伤机制中,关于桶板模型、环孔机制模型和毡毯模型的研究较为成熟[24]。在桶板模型中,抗菌肽是在不引起磷脂双分子层弯曲的情况下直接插入细胞膜内,并通过抗菌肽分子间的疏水区域接触细胞膜并与之作用[25]。而在环孔机制模型中抗菌肽虽然会使磷脂双分子层弯曲,但不会产生微胶粒。毡毯模型中,抗菌肽通过静电作用与磷脂分子中的阴离子头部结合,像地毯般覆盖在细胞膜表面,当抗菌肽的浓度达到一定程度后,细胞膜上会出现瞬时的孔洞,使得抗菌肽进入到细胞膜内,并且随着磷脂双分子层的弯曲及受损,细胞膜逐渐分解,与抗菌肽共同形成微胶团[26-28]

a-0 μg/mL ε-PL处理2 h; b-50 μg/mL ε-PL处理2 h;
c-100 μg/mL ε-PL处理2 h; d-150 μg/mL ε-PL处理2 h;
e-0 μg/mL ε-PL处理4 h; f-50 μg/mL ε-PL处理4 h;
g-100 μg/mL ε-PL处理4 h; h-150 μg/mL ε-PL处理4 h
图9 不同浓度ε-PL处理后E. coli的SEM图
Fig.9 The effect of ε-PL on the morphology of E. coli by SEM

在本研究中,经ε-PL处理后的E. coli形态出现不同程度的变化,可以明显观察到细胞表面粗糙、菌体出现孔隙和微胶粒以及磷脂双分子层弯曲。因此,ε-PL对E. coli的抑菌作用可能是通过毡毯模型中所描述的机制实现的。

2.9 ε-PL对E. coli菌体聚集程度的影响

为进一步探究ε-PL处理后E. coli细胞间的黏连聚团现象,利用粒径仪测定菌悬液的菌团粒径。由图10可知,未经ε-PL处理的E. coli菌团粒径分布为0.5~1.5 μm(图10-b),与何国庆等[29]报道的E.coli菌体大小一致,说明菌体间相互均匀分散,几乎未发生聚团。而经50、100和150 μg/mL ε-PL处理后E.coli的菌团粒径分别为10~40 μm(图10-c)、40~80 μm(图10-d)和80~200 μm之间(图10-e),说明经ε-PL处理后E.coli菌团粒径明显大于未经ε-PL处理的对照组,并且其粒径随ε-PL质量浓度升高而增大,即ε-PL会使E.coli菌体发生团聚,该结果与SEM观察结果一致。

a-不同质量浓度ε-PL对E. coli菌悬液粒径的影响对比图;b-0 μg/mL的ε-PL处理2 h;c-50 μg/mL的ε-PL处理2 h;
d-100 μg/mL的ε-PL处理2 h;e-150 μg/mL的ε-PL处理2 h
图10 ε-PL对E.coli菌悬液粒径的影响
Fig.10 Effect of ε-PL on the particle size of E.coli suspension

HYLDGAARD等[30]研究表明,对ε-PL更耐受的E. coli rscC突变体荚膜外多糖、荚膜异多糖酸的过量表达,有助于调节菌体生物膜的三维结构,并起到一定的屏障保护作用。可推测本研究中ε-PL作用后E. coli菌体发生团聚,可能是因为E. coli受到ε-PL刺激后分泌大量黏性多糖以抵御ε-PL的破坏作用。另一方面, AARA等[31]发现,ε-PL可吸附在革兰氏阴性菌的细胞外膜上,破坏细胞膜结构,使膜脂多糖被释放。所以本研究中引起菌体团聚的物质也有可能是E. coli细胞膜遭到ε-PL破坏后,释放出来的脂多糖。此外,由于ε-PL是一种阳离子抗菌肽,本身带有一定的正电荷,而E. coli带有负电荷,因此,ε-PL还可能通过静电吸附作用使E. coli菌体相互黏连,即ε-PL作为一种黏连剂将菌体黏连在一起。

3 结论

本文以E. coli为模式菌株,通过一系列抑菌实验,揭示了ε-PL的抑菌机制。实验结果表明,ε-PL对E. coli的抑菌活性具有剂量依赖性,与ε-PL的质量浓度呈正相关,当ε-PL质量浓度达到100 μg/mL时,有明显抑菌效果。进一步研究表明,ε-PL能够增强E. coli细胞表面的疏水性、内膜及外膜的通透性,并且改变E. coli细胞膜内外电势,使得其细胞内容物如核酸、蛋白质等大量渗出。此外,SEM图显示ε-PL作用后E. coli细胞膜上出现孔洞、微胶团。上述结果说明ε-PL能够破坏E. coli的细胞结构,从而达到抑菌效果。ε-PL对E. coli的作用类似于抗菌肽抑菌机制中的毡毯模型所描述的模式,即ε-PL首先通过静电作用与细胞膜结合,铺满细胞膜表面,使E. coli细胞磷脂双分子层弯曲受损,细胞膜逐渐分解,细胞内物质如电解质、胞内核酸与蛋白质释放,进而导致菌体死亡。研究还发现,ε-PL处理后E. coli菌体会发生聚团黏连现象,且随ε-PL质量浓度升高,细胞团聚愈发明显。本文的研究结果对于ε-PL更好地应用于食品防腐领域具有一定指导价值,对ε-PL对其他微生物抑菌机制的研究也具有一定参考价值。

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