食品加工过程中金黄色葡萄球菌生物被膜行为的分子机制研究

This program, entitled "Investigation on the molecular mechanism of Staphylococcus biofilm behavior during food processing", aimed at the major concern in food microbiology, based on food processing conditions, targeted at the different food incredients, processing conditions and equipment stuff, selected the ideal food borne microbes- Staphylococcus aureus and the recently leading research issue- microbial biofilm behavior, employed various novel molecular biology assays and investigated the molecular mechanism of biofilm behavior. With detection and quantification of key genes and regulatory factors, as well as the biofilm forming assays, to illustrate the influence of the carriage and expression of key gene and regulatory factors on the biofilm forming ability. With investigation on the antibiotic resistance and toxicity, to analyze the correlation between biofilm behavior and resistance-toxicity. With DNA fingerprinting and genotyping assays, to further demonstrate the correlation between biofilm forming ability and microbe genomic background. With the transcriptomics and proteomics analysis under different food processing conditions, to demonstrate the molecular connection of food processing condition and Staphylocuccus biofilm behavior on the transcription and expression level.

本项目针对当前食品微生物安全中的研究热点，从食品加工的角度出发，着眼于不同的食品组分、加工条件及设备材料，选择理想的食源性微生物金黄色葡萄球菌以及近年来国际上研究热点的生物被膜行为，采用多种新型分子生物学技术，对不同食品加工条件下，金葡菌生物被膜行为的内在分子机制进行研究。通过检测关键基因和调控因子，结合生物被膜形成能力，探讨关键基因和调控因子的携带率和表达量对生物被膜生长能力的影响；通过研究耐药性和致毒性，阐述生物被膜行为与耐药性和致毒性的内在关联；通过指纹图谱分析和基因组背景解析，进一步研究生物被膜形成能力与其基因组背景的关系；通过模拟不同的加工条件和环境，利用微阵列和蛋白二维电泳技术，进行生物被膜转录组学和蛋白组学分析，分别在转录水平和表达水平上阐述不同食品加工条件与金葡菌生物被膜分子机制的内在关联。

本项目针对当前食品微生物安全中的研究热点，以典型食源性微生物金黄色葡萄球菌为研究对象，对其生物被膜行为的分子机制进行研究。研究首先对大量流行性葡萄球菌的菌株特性、耐药表型与基因组岛以及毒性等进行研究，显示菌株具有较高的耐药性和毒性，94.3%菌株携带关键耐药银子mecA或 SCCmec，91.8%与26.6%的菌株携带至少1或2种肠毒素基因。其次，研究对葡萄球菌生物被膜形成能力与被膜基因型以及基因组背景进行研究，显示葡萄球菌均具有生物被膜形成能力，其中39.2%具有中或强的生物总量或活跃度，同时生物被膜基因携带率较高，同时携带atl、ica与aap的菌株占72.5%（190/262），携带调控生物被膜形成的ica或aap任一位点的高达91.2%。第三，研究对生物被膜形成过程的分子机制进行研究，显示被膜在0-8 h时处于粘附阶段，16 h- 3 d处于成熟阶段（生物量稳步上升，活性急速上升），3-7 d处于稳定阶段（生物量稳定，活性下降），7-14 d处于成熟后阶段（生物量稍下降，活性较低）；同时，生物被膜形成过程的不同阶段均受相应调控基因影响。最后，研究从食品加工的角度出发，着眼于不同的加工条件如温度和pH值，食品组分如盐、糖和培养基浓度等对生物被膜形成不同阶段的影响，结果显示，在粘附阶段，低温、低浓度培养基、强酸或强碱环境在一定程度上抑制金葡菌的粘附，而低浓度葡萄糖和一定的盐浓度则促进粘附作用，在成熟阶段，低温、低浓度培养基、强酸或强碱环境能抑制生物被膜的成熟，而低浓度葡萄糖和一定的盐浓度则促进生物被膜成熟。同时，研究对食品加工条件下生物被膜中羧甲基赖氨酸（CML）的形成进行研究，结果显示，随生物被膜进一步成熟，游离态与结合态CML生成量总体为增加趋势。粘附阶段增长速率缓慢，在被膜成熟阶段增加速率较快；同时，调控生物被膜形成的ica、aap与agr基因均对CML的形成产生影响。.共发表SCI论文6篇，EI 论文8篇，接收或在投SCI论文5篇，EI论文6篇，预计一年内见刊。参与出版英文专著1部（第一作者，49页，2.5万单词），中文专著1部（负责撰写15万字）。发表会议论文13篇，获大会报告4项，优秀论文奖2项，国际会议资助1项。申请专利3项，授权1项；建立微生物全基因组6项，新基因1项。获2013年全国百篇优秀博士学位论文。另培养博士后2人、博士与硕士研究生8人。