冷冻胁迫下亚致死金黄色葡萄球菌的生理变化及转录组差异表达

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本试验以金黄色葡萄球菌ATCC6538为研究对象,以-18℃为研究条件,探究了不同冻藏时间下金黄色葡萄球菌的细胞活性变化、亚致死率和各项生理指标变化规律,并通过RNA-seq测序技术结合Real time-PCR技术对比了冷冻胁迫下亚致死金黄色葡萄球菌细胞和正常细胞的全部转录本信息,对-18℃冷冻胁迫下的亚致死金黄色葡萄球菌分子机制进行了初步研究的。主要研究结果如下:-18℃下冻藏的金黄色葡萄球菌细胞存活率在0-180d范围内呈现先下降后持平趋势,在0-90d内显著下降,至90-180d存活细胞数目不再明显下降;细胞的亚致死率则呈现先上升后持平趋势,冷冻至90d时存活细胞的亚致死率达到99%以上,随着冷冻时间的延长亚致死率未出现显著变化。该结果表明在-18℃下正常状态的金黄色葡萄球菌细胞失活主要发生在冷冻前期,而亚致死细胞并不随着冷冻时间的延长而出现大范围的细胞死亡,其对冷冻胁迫的耐受性显著增强。通过对不同冷冻时期菌体细胞的电导率、蛋白泄漏量、总糖含量和细胞膜破损率进行检测,结果显示,在冷冻过程中正常状态的金黄色葡萄球菌由于细胞结构破坏内溶物质逸出而死亡;而冷冻胁迫下的亚致死金黄色葡萄球菌能够维持细胞结构完整和细胞代谢活动,可在冷冻下长期存活。RNA-seq对比亚致死样本和正常样本的转录信息,测序结果显示亚致死细胞在冷冻胁迫下可以进行生物学复制过程,共检测到66个差异基因,其中45个基因上调,21个基因下调。在得到Real time-PCR验证的差异基因中,能量代谢类相关基因例如cytB等主要呈现下调趋势,这可能是由于亚致死细胞在长期冷冻胁迫下为了维持生命活动而进行最低限度的能量消耗。一些氨基酸代谢类相关基因例如丝氨酸等也出现明显下调。对于一些胁迫相关基因例如压力胁迫、酸盐胁迫和光胁迫等出现上调趋势,其中冷应激蛋白(CspLA)类似功能基因出现显著上调趋势,该基因对细胞处于冷冻不利环境时维持自身正常功能具有重要作用。毒力因子msrR和clfA也出现上调,这说明亚致死金黄色葡萄球菌在长期冷胁迫下仍具备感染致病性,对冷冻食品安全造成极大隐患。另一方面,作为金黄色葡萄球菌主要耐药途径MSF家族外排泵之一的norB出现下调趋势,这极有可能说明冷冻胁迫下的亚致死金黄色葡萄球菌对某种药物的耐受性有所下降。综合以上结论,对冷冻胁迫下亚致死金黄色葡萄球菌的存活情况和生理现象有了初步了解,亚致死细胞在冷冻胁迫下可通过多种基因的协同调控作用,形成对于冷冻胁迫的分子调控网络,该试验结果有助于在食品加工及流通过程中,对食品安全性进行有效的风险评估并根据其分子机制设更为有效的控制技术。
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