发酵香肠中酸应激对non-O157大肠埃希氏菌酸耐受和毒力特性的影响及其关联机制

During food processing and storage, foodborne pathogens are induced stress tolerance and virulence enhancement under various stress conditions, which will bring more serious food safety risk. Compared with the acid-resistant pathogenic Escherichia coli O157:H7, non-O157, especially “Big six” strains, poses more serious threats to public health. Non-O157 strains can grow and survive in acid food due to their acid resistance. However, the effects of acid stress on the acid tolerance and virulence of non-O157 are not clear. In view of the above concern, we attempt to investigate the acid stress response of pathogenic non-O157 in fermented sausage, to investigate the changes of physiological characteristics and virulence of acid-resistant and non-acid resistant non-O157 under acid stress, and then analysis of differentially expressed genes and proteins by means of transcriptomics and preteomics are employed to reveal the mechanisms of inner connection between acid tolerance and virulence of non-O157. The research will provide a theoretical base for risk assessment of non-O157 in food and a scientific guide for comprehensive control of non-O157 in the practical food processing.

食品加工贮藏过程中，各种胁迫条件诱导残存的食源性致病菌产生应激耐受，增强菌株毒性，因而产生更高的食品安全风险。与具有较强抗酸能力的致病性大肠埃希氏菌 O157:H7相比，非O157（non-O157）尤其是“Big six”对公众健康存在更大威胁，non-O157菌株亦具有一定抗酸性，可在酸性食品中生长存活。然而酸应激下non-O157的酸耐受反应及它的毒性受到何种影响尚不清楚。因此，本项目以“Big six” non-O157有毒菌株为研究对象，以动物源酸性食品——发酵香肠为载体，研究non-O157抗酸有毒菌株与非抗酸有毒菌株在酸应激下生理特性及毒力特性的变化，进而重点采用转录组学和蛋白质组学方法分析差异表达基因和蛋白，探讨non-O157菌株耐酸与毒力内在关联机制。本研究可为non-O157食品风险评估提供理论依据，为实际生产加工中non-O157综合防腐措施的有效实施提供科学思路。

大肠杆菌O157:H7是重要食源性致病菌，而近年来非O157大肠杆菌所引发的食品安全事件越来越受到广泛关注。本文以O157和非O157为对象，结合食品实际生产加工中常见的酸性环境和发酵香肠相关应激因子，研究热休克、酸适应、盐添加对酸应激菌株的应激响应差异，及基于转录组学和蛋白组学的机制探讨；进一步选取带毒菌株进行乳酸菌共培养和发酵香肠接种试验，探讨菌株存活与毒力变化相关性。结果显示：牛源性非O157分离株中O26是最主要血清型，毒力基因阳性共3株，均为O26；O157和O26耐酸性呈现明显菌株差异，但与是否携带毒力基因无相关性。选取代表菌株进行酸应激相关研究，揭示了多重应激因子强度（酸浓度、盐浓度、温度、应激时间）导致细菌存活、微观结构、生理特性、菌膜形成、毒力特性的应激响应差异，发现细菌存活受抑时一些酸应激菌体的毒性反而增加；阐明乳酸应激通过激活大肠杆菌重要物质和能量代谢及细胞过程中群体感应等通路来抵抗酸，O157和O26变化相似，而乳酸-盐联合应激时O157和O26发生不同转录水平变化，O26的转录组与蛋白组均阐明添加3%盐可能通过降低细菌代谢和群体感应来加强乳酸抑菌效应。结果显示酸适应和热休克对酸抑菌存在交叉保护，添加盐对酸抑菌存在拮抗效应，从而增强细菌酸抗性、增加存活增强毒力，这将导致食品安全风险增加，而这与众所周知的栅栏技术综合防腐措施是相悖的，这提示食品实际生产加工中不同措施联合应用应科学合理，以有效控制食品生物性安全危害。乳酸菌共培养发现，O157和O26生长受到抑制，O157毒力下降但O26一些毒力基因表达反而增加，添加盐毒性增加更明显；实际香肠接种试验发现，发酵过程中对O157和O26呈现不同的抑制动态变化；但在存活下降的同时毒力会增强；这提示发酵香肠中有害菌的监控不仅要关注存活菌数，菌体毒力也要重视。本项目可为酸性食品实际生产的安全风险评估提供科学依据。