原花青素抑制金黄色葡萄球菌生物被膜形成的分子机理及与群体感应调控的关联机制

Staphylococcus aureus (S. aureus) poses a serious threat to public health and food safety. Therefore it is essential to develop safe and efficient natural bacteriostatic agent which with strong anti-S. aureus activities for food processing and preservation. Biofilms are the main causes for S. aureus induced food-borne diseases and food poisoning, and quorum sensing (QS) regulation plays a key role in biofilm development. Our previous studies indicated that the persimmon oligomeric proanthocyanidins (P-OPC) had a strong antibacterial activity against S. aureus, and it also could significantly inhibit the biofilm formation of S. aureus. However, the underlying mechanisms of proanthocyanidins on the biofilm formation of S. aureus are not clear. Hence, this project is designed to study the influences of P-OPC on the bacterial cell surface characteristics, adhesion, aggregation, biofilm formation of S. aureus, and to investigate the temporal and spatial expression patterns of related genes occur during the biofilm formation and also the influences of P-OPC. Finally the inhibitory mechanisms of P-OPC on the biofilm formation and its intervention effect on the QS system of S. aureus, and also the underlying associations will be clarified based on the above results. The studies are expected to reveal the molecular mechanisms by which proanthocyanidins inhibits the biofilm formation of S. aureus, and which will also provide new evidences for developing and utilizing proanthocyanidins as bacteriostatic agents for food processing and preservation.

金黄色葡萄球菌（金葡菌）严重威胁食品安全和公共健康，因此寻找安全有效的金葡菌抑菌剂对于食品生产和安全具有重要意义。生物被膜的形成是金葡菌引起食物污染和食物中毒的重要诱因，群体感应系统在其形成中发挥着重要的调控作用。申请人前期的研究表明柿原花青素低聚体对金葡菌表现出了较强的抑菌活性。进一步研究发现其可显著抑制金葡菌生物被膜的形成，但其机制尚不清楚。因此本项目拟在前期基础上，研究原花青素对金葡菌细胞表面特性、粘附、聚集、生物被膜形成的影响，系统探索金葡菌生物被膜形成过程中不同阶段相关基因的时空特异性表达水平及原花青素对其表达的影响；在此基础上揭示原花青素抑制金葡菌生物被膜形成的分子机理和对金葡菌群体感应系统的影响，并分析两者之间的关联机制。本项目的完成将初步阐明原花青素抑制金葡菌生物被膜形成的分子机理，并为其作为抑菌剂应用在食品生产和贮藏领域提供新的实验依据和理论基础。

金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）等食源性致病菌严重威胁食品安全和人体健康。在前期研究工作的基础上，本项目首先优化了柿高聚原花青素（P-PCs）的裂解工艺，确定最优的裂解工艺为：120 ℃, 压强3MPa，反应时间3h，催化剂用量0.4 g/100 mL，制备了聚合度为2.8的低聚原花青素（P-OPCs）。P-OPCs表现出了较P-PCs更强的抑菌活性（0.7 mg/mL v.s. 1.1 mg/mL）。通过研究P-OPCs 对S. aureus细胞膜的影响，如通透性、流动性、微观结构等，及对膜蛋白构象的影响，表明P-OPC可以显著改变 S. aureus细胞膜的流动性，微观结构，以及膜蛋白的构象，进而造成S. aureus细胞膜通透性的改变，细胞膜发生破裂，进而发挥其抑菌作用。同时P-OPCs可以显著抑制金葡菌细胞壁合成、TCA循环以及能量代谢相关基因的表达。体外脂质体模型证实了P-OPCs可以破坏细胞膜的流动性，进而发挥其抑菌活性。在此基础上，我们对P-OPCs对金黄色葡萄球菌生物被膜形成的抑制作用和相关分子机制进行了深入的探索。通过RT-PCR实验证实了P-OPCs可以抑制金葡菌生物被膜形成和毒理因子相关基因的表达。为了系统研究P-OPCs对S. aureus生物被膜形成过程中群体感应的调控作用，我们对S. aureus群体感应系统中关键转录因子在生物被膜的形成过程中的动态变化进行了研究。结果表明P-OPCs在S. aureus生物被膜形成过程中可以通过调控S. aureus群体感应系统关键基因Agr和Lux S的时空表达，进而调控S. aureus生物被膜的形成和毒力因子的释放。本项目的完成将初步阐明原花青素抑制金葡菌生物被膜形成的分子机理，并为其作为抑菌剂应用在食品生产和贮藏领域提供新的实验依据和理论基础。