单增李斯特菌在模拟热加工和冷藏过程中的生态行为模型构建及机制研究

The ubiquitous presence of Listeria monocytogenes, its potential to contaminate food products, and its ability to multiply at various unfavorable conditions make L. monocytogenes a significant concern in food safety. Predictive modelling is a useful tool to evaluate the effectiveness of processes and designs in controlling the growth of pathogens. Our previous results highlighted that thermal treatment and subsequent growth should not be considered nor modelled as two independent processes. In this study, we will model the ecological behavior of L. monocytogenes under simulated sequent thermal processing and refrigeration storage conditions. The model will take into account the effects of sublethal injury on the sequent growth. In order to explore the molecular mechanism of the ecological behavior, digital transcriptomic profiling will be employed to evaluate differential gene expression of L. monocytogenes during the two processes and genes involved in the ecological behavior will be identified. It is expected that the findings from this project will provide some insights into the mechanism of resuscitation and growth, and support to ensure food safety.

单核细胞增生李斯特菌是一种重要的食源性致病菌，因其在自然界及食品加工环境中分布广泛，且具有较强的环境适应能力，对食品安全造成威胁。应用预测微生物学研究可以有效评估食品加工过程和工艺控制致病菌的有效性，从而为降低食源性致病菌的风险提供准确依据。前期研究发现，食品中单增李斯特菌热加工及随后的修复再生长不是两个独立的过程。本研究通过模拟食品链中两个重要的连续环节——热加工及后续的冷藏过程，研究在这两个连续的过程中单增李斯特菌的生态行为规律，并将热加工导致的细胞损伤对后续生长的影响纳入到生态学模型当中。同时，为进一步了解此种生态行为规律的分子机制，通过数字基因表达谱研究在热失活及修复再生长过程中基因的动态变化，筛选出其中的关键基因。研究结果将为阐释单增李斯特菌修复再生长分子调控机制奠定基础，为食品安全防控和食品风险评估提供数据支持。

应用预测微生物学研究和建立细胞生长和失活动力学模型可以有效的评估食品加工过程和工艺控制致病菌的有效性，从而为降低食源性致病菌的患病风险提供准确依据。食品链中细菌的生长和失活状态合称为生态行为，对其规律与机制的研究可为食品安全防控和食品风险评估提供有力支持。本项目重点围绕单增李斯特菌“热失活-再生长”的生态行为，研究不同环境条件对这一过程的影响作用；并构建了生态行为模型；基于转录组学分析阐释这一连续过程中的相关机制。结果表明环境条件影响单增李特菌细胞的“生理状态”，并对后续再生长特征有重要作用，热处理后存活的单增李斯特菌再生长延滞期显著延长，且一定时间内细胞热处理时间与再生长延滞期成正比。转录组分析表明热处理抑制了细菌细胞壁合成、细胞分裂、双组分信号转导及鞭毛组装等过程。延滞期中的基因表达分析结果表明与热处理菌相比，对照细胞启动了更高效率的蛋白质合成过程来适应新的营养环境。所有细胞均可在生长延滞期过程中进行鞭毛组装并向高浓度营养物质趋向运动。在碳水化合物代谢中，细胞会优先利用单糖来提供细胞所需的物质和能量。此外，生长延滞期结束时应激响应相关基因的显著下调表明细胞对压力应激的响应均已终止，细胞已恢复正常生理状态并准备进入指数分裂期。基因表达验证证实了单增李斯特菌manX、pstA、rplL、motB等基因在此过程中发挥重要作用。本项目对单增李斯特菌生态行为规律的研究可为准确的定量风险评估提供工具，并为相关食源性疾病风险的控制提供支持。