基于細(xì)菌群體感應(yīng)淬滅機(jī)制的食品保鮮應(yīng)用研究進(jìn)展

李香澳，溫榮欣，呂懿超，孔保華，王雯萱，周雅菲，陳 倩*

（東北農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150030）

細(xì)菌可通過一種稱為群體感應(yīng)（quorum sensing，QS）的密度依賴機(jī)制進(jìn)行交流，這種機(jī)制能夠釋放信號分子，以此調(diào)節(jié)細(xì)菌群落的代謝和行為活動[1]。QS首次發(fā)現(xiàn)于海洋細(xì)菌費(fèi)氏弧菌（Vibrio fischeri）中[2]，它是一種革蘭氏陰性菌，能夠利用自身合成的化學(xué)物質(zhì)調(diào)節(jié)熒光相關(guān)基因的表達(dá)。通常而言，微生物產(chǎn)生并釋放信號分子，信號分子濃度與微生物密度成正比，當(dāng)信號分子累積達(dá)到閾值水平時，開始通過激活并結(jié)合其受體蛋白來啟動相關(guān)基因的表達(dá)，如調(diào)控細(xì)菌代謝次級產(chǎn)物、形成孢子和生物膜等[3-4]。信號分子作為細(xì)菌間交流的“語言”，在不同種類的細(xì)菌中有所不同。常見的信號分子類型主要包括以下幾種：1）革蘭氏陽性菌分泌的自誘導(dǎo)肽類信號分子（autoinducing peptides，AIPs）[5]；2）革蘭氏陰性菌QS系統(tǒng)的自誘導(dǎo)因子N-乙酰-L-高絲氨酸內(nèi)酯（N-acyl homoserine lactones，AHLs）[6]；3）革蘭氏陽性菌及革蘭氏陰性菌共同利用的呋喃硼酸二酯類信號分子自誘導(dǎo)物-2（autoinducer-2，AI-2）[7]；4）其他信號分子：銅綠假單胞菌產(chǎn)生的喹諾酮類信號分子（喹諾酮類和二酮哌嗪類）[8]、擴(kuò)散信號因子（diffusible signaling factor，DSF）[9]等。細(xì)菌間無時無刻不在進(jìn)行“交流”，這使得QS與很多領(lǐng)域有著密切的聯(lián)系。醫(yī)學(xué)上對QS的研究有助于控制患者的細(xì)菌感染，規(guī)避傳統(tǒng)抗生素的耐藥性問題；農(nóng)業(yè)上對QS的研究有望調(diào)控作物表型，提高作物抗病能力，增加作物產(chǎn)量；在食品行業(yè)對QS的研究可以解決長久以來困擾人們的食品保鮮問題等，因此細(xì)菌QS現(xiàn)象已逐漸成為各相關(guān)領(lǐng)域的研究熱點。本文針對不同類型的QS系統(tǒng)及淬滅機(jī)制進(jìn)行了詳細(xì)介紹，揭示了淬滅技術(shù)應(yīng)用于食品保鮮上的巨大潛力。

1 群體感應(yīng)系統(tǒng)

QS系統(tǒng)一般由信號分子、特異性受體蛋白和下游調(diào)控蛋白3 個部分組成，根據(jù)信號分子種類的不同，可將其主要分為三大類：即革蘭氏陽性菌的雙組分QS系統(tǒng)、革蘭氏陰性菌的LuxI/LuxR QS系統(tǒng)、革蘭氏陰性菌和革蘭氏陽性菌共用的LuxS/AI-2 QS系統(tǒng)。這3 種QS系統(tǒng)調(diào)控機(jī)制示意圖如圖1所示。

圖1 3 種QS系統(tǒng)調(diào)控機(jī)制示意圖[10]Fig.1 Schematic diagram of three QS system regulation mechanisms[10]

1.1 革蘭氏陽性菌的雙組分群體感應(yīng)系統(tǒng)

大多數(shù)革蘭氏陽性細(xì)菌都依賴于雙組分QS系統(tǒng)進(jìn)行交流，由寡肽類信號分子AIPs介導(dǎo)。AIPs體積小、穩(wěn)定性高，具有特異性和多樣性；它們是核糖體合成的前體肽，翻譯后修飾形成活性AIPs信號分子[11]。AIPs分子不能自由穿入細(xì)胞膜，需要經(jīng)過ABC轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的運(yùn)輸或者其他的膜通道蛋白作用到達(dá)細(xì)胞外行使功能。信號分子的濃度隨菌體密度的增加而不斷升高，當(dāng)達(dá)到特定閾值時，信號分子轉(zhuǎn)移至細(xì)胞膜上與受體結(jié)合，使受體發(fā)生自磷酸化，磷酸基團(tuán)激活調(diào)控蛋白與啟動子結(jié)合，信號分子AIPs通過進(jìn)一步修飾達(dá)到成熟狀態(tài)，開啟基因的表達(dá)[12]。金黃色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）是利用雙組分QS系統(tǒng)的典型例子（圖2），這種細(xì)菌毒力因子的表達(dá)和通訊交流受到由RNA II和RNA III兩種轉(zhuǎn)錄體組成的Agr位點的調(diào)控[13]。金黃色葡萄球菌的自誘導(dǎo)物AIPs的前體為AgrD，可以被膜蛋白AgrB加工，進(jìn)行硫代內(nèi)酯環(huán)化修飾并被運(yùn)輸?shù)郊?xì)胞外，AIPs濃度達(dá)到閾值時會與細(xì)胞外受體AgrC結(jié)合，隨后激活agrB、agrD、agrC、agrA操縱子的轉(zhuǎn)錄，形成正反饋，完成金黃色葡萄球菌由低密度狀態(tài)向高密度狀態(tài)的生理行為轉(zhuǎn)變[14]。對于AIPs，可通過超高效液相色譜與電噴霧質(zhì)譜結(jié)合，依靠其獨(dú)有的分辨率和精度定量檢測信號分子AIPs[15]。

圖2 金黃色葡萄球菌的agrBDCA系統(tǒng)[16]Fig.2 agrBDCA system of Staphylococcus aureus[16]

1.2 革蘭氏陰性菌的LuxI/LuxR群體感應(yīng)系統(tǒng)

在革蘭氏陰性菌中，通常利用AHLs完成細(xì)胞間的交流與信息傳遞[17]。信號分子AHLs是一類?；呓z氨酸內(nèi)酯分子，具有高絲氨酸內(nèi)酯環(huán)結(jié)構(gòu)。革蘭氏陰性菌QS系統(tǒng)基于LuxI和LuxR介導(dǎo)，LuxI是一種自誘導(dǎo)合成酶，可催化S-腺苷甲硫氨酸（S-adenosyl-L-methionine，SAM）與酰基載體蛋白（acyl carrier protein，ACP）間的相互作用，從而合成AHLs。當(dāng)AHLs濃度達(dá)到閾值時可與受體結(jié)合，激活轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子LuxR，形成LuxI-LuxR蛋白復(fù)合體，激活基因的啟動子轉(zhuǎn)錄，從而觸發(fā)基因表達(dá)。黏質(zhì)沙雷氏菌（Serratiamarcescens）中的SmaIR基因[18-19]、紫色桿菌（Chrornobacteriurn violaceurn）中的CviIR基因[20-21]、耐鹽單胞菌（Halomonas anticariensis）中的hanIR基因[22]表達(dá)都是基于LuxI/LuxR QS系統(tǒng)，但其AHLs的碳鏈長度和第3位羰基碳取代基略有不同。革蘭氏陰性菌中除了典型的LuxI/LuxR型的QS系統(tǒng)外，根據(jù)AHLs酞基側(cè)鏈的不同，還有LasI/LasR和AbaI/AbaR型等QS系統(tǒng)，分別調(diào)控細(xì)菌的毒力因子表達(dá)和生物膜的形成等[13]。

目前細(xì)菌生物感應(yīng)器是檢測AHLs的一種有效手段，該方法簡便快捷，不受設(shè)備限制。常用的兩種細(xì)菌生物感應(yīng)器是基于紫色桿菌（Chromobacterium violaceum）和根癌農(nóng)桿菌（Agrobacterium tumefaciens）的細(xì)菌生物感應(yīng)器。當(dāng)二者聯(lián)合使用時，可以明顯擴(kuò)大檢測范圍。此外，通過薄層層析與細(xì)菌生物感應(yīng)器相結(jié)合、β-半乳糖苷酶活性檢測法也可以達(dá)到檢測AHLs的效果[23]。還有研究表明，可通過在Fe3O4顆粒表面涂覆碳量子點摻雜的分子印跡聚合物層來制備磁性熒光探針，用于檢測魚肉汁和牛奶中的AHLs，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差小于5.1%，這為制造AHLs熒光探針提供了一種新穎的策略，具有在農(nóng)業(yè)食品中廣泛應(yīng)用的巨大潛力[24]。

1.3 革蘭氏陽性菌及革蘭氏陰性菌共同采用的LuxS/AI-2群體感應(yīng)系統(tǒng)

革蘭氏陽性菌和革蘭氏陰性菌共用的QS系統(tǒng)中涉及到信號分子AI-2的產(chǎn)生，因此AI-2可以被稱為細(xì)菌種間交流的媒介。AI-2是呋喃酮衍生的信號分子，具有上下對稱的雙五元環(huán)結(jié)構(gòu)。在革蘭氏陽性菌和革蘭氏陰性菌中，AI-2的生成首先基于SAM向S-腺苷同型半胱氨酸（S-adenosyl homocysteine，SAH）的轉(zhuǎn)化，隨后在pfs編碼的SAH核苷酶作用下，SAH被水解為腺嘌呤和S-核糖同型半胱氨酸（S-ribose homocysteine，SRH），SRH在luxS基因編碼的SRH核苷酶的作用下，可轉(zhuǎn)化為4,5-二羥基-2,3-戊二酮（4,5-dihydroxy-2,3-pentanedione，DPD）和同型半胱氨酸。其中，DPD可自發(fā)排列形成AI-2，而同型半胱氨酸可接受甲基，生成SAM，繼續(xù)參與甲硫氨酸循環(huán)。

由于信號分子AI-2不穩(wěn)定、濃度低，因此很難利用高效液相色譜法和氣相色譜（gas chromatography，GC）等常規(guī)方法進(jìn)行檢測。當(dāng)前最常見的檢測方法是生物學(xué)檢測法：利用哈維氏弧菌BB120（Vibrio harveyiBB120）的定向突變菌株哈維氏弧菌BB170（Vibrio harveyiBB170）作為報告菌株，因其僅對AI-2信號分子發(fā)生反應(yīng)并發(fā)光，AI-2的活性可用熒光強(qiáng)度來表示。此外，還可通過氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用（gas chromatographymass chromatography，GC-MS）檢測法、液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜檢測法對AI-2前體物質(zhì)DPD進(jìn)行直接分析從而準(zhǔn)確定量[25]。另外，環(huán)境因素對此類信號分子活性有較大影響。例如，酸脅迫會導(dǎo)致基于LuxS系統(tǒng)的乳桿菌（包括Lactobacillus rhamnosusGG、Lactobacillus acidophilusNCFM、Lactobacillus johnsoniiNCC533）的信號分子AI-2活性提高[26]；低溫脅迫會抑制屎腸球菌8-3（Enterococcus faecium8-3）和發(fā)酵乳桿菌2-1（Lactobacillus fermentium2-1）信號分子AI-2的分泌，且低溫和高溫下均對相關(guān)基因（LuxS和pfs）的轉(zhuǎn)錄水平起上調(diào)作用[27]。

2 群體感應(yīng)淬滅的機(jī)制

群體感應(yīng)淬滅（quorum quenching，QQ）是通過抑制或干擾生物細(xì)胞間的QS系統(tǒng)，阻斷細(xì)胞間的信息交流，抑制毒力基因表達(dá)從而防御致病菌感染的一種手段[28]。與傳統(tǒng)抗生素直接殺死細(xì)菌不同，QQ通常不會抑制細(xì)菌的生長，不易造成選擇壓力和耐藥性，因此有期望成為代替抗生素的新型生物防治手段。QQ的機(jī)制如圖3所示，主要有以下3 種：1）抑制信號分子生成；2）阻礙信號分子與受體蛋白結(jié)合；3）降解信號分子。前兩種方法通常利用一些小分子抑制劑阻止信號分子的產(chǎn)生和感知利用。對于第3種方法信號分子的降解，目前酶促降解的應(yīng)用研究最為廣泛。

圖3 QS淬滅機(jī)制示意圖[29]Fig.3 Schematic diagram of quorum quenching mechanism[29]

2.1 抑制信號分子生成

QS系統(tǒng)的調(diào)控離不開信號分子的作用。以革蘭氏陰性菌QS系統(tǒng)為例，在典型的LuxI/LuxR QS系統(tǒng)中,QS系統(tǒng)通過AHLs起作用。其分子結(jié)構(gòu)以一個高絲氨酸內(nèi)環(huán)為頭部和一個?；鶄?cè)鏈為尾部，?；鶄?cè)鏈的長度和取代基的不同決定了AHLs的特異性[30]。AHLs的合成不僅需要LuxI合成酶,還需要ACP和SAM的共同作用。因此，通過抑制酶活性、消除底物、抑制信號分子前體合成或添加前體物質(zhì)類似物等任一方法均可阻斷信號分子合成，進(jìn)而阻斷QS進(jìn)程。例如，一些SAM類似化合物，如SAH和西尼霉素可以抑制AHLs合成[31]。Chang等[32]通過分子對接手段發(fā)現(xiàn)，肉桂醛可通過與信號分子合成酶底物結(jié)合位點作用，抑制銅綠假單胞菌（Pseudomonas aeruginosa）QS系統(tǒng)關(guān)鍵基因lasB、rhlA和pqsA表達(dá)，進(jìn)而對生物膜的形成造成影響。肉桂醛衍生物也可以通過降低LuxR的DNA結(jié)合能力，干擾各種弧菌中基于AI-2的QS系統(tǒng)，導(dǎo)致一些明顯的表型變化，如毒性降低、對環(huán)境脅迫的敏感性增加[33]。對于革蘭氏陰性菌和革蘭氏陽性菌共用的LuxS/AI-2 QS系統(tǒng)而言，抑制具有催化SAH水解功能的SAH核苷酶的活性可阻礙AI-2生成，進(jìn)而抑制QS通路[34]。在革蘭氏陽性菌的雙組分QS系統(tǒng)中，AgrB和SpsB兩種酶參與AIPs的生物合成。AgrB參與環(huán)狀A(yù)IPs的生物合成，而SpsB是參與Sec和Tat依賴性蛋白分泌的I型信號肽酶，是具有蛋白酶活性的加工酶，抑制這些有催化功能的酶類可阻斷QS進(jìn)程[35]。例如，真菌次生代謝物Ambuic酸可以通過抑制信號分子合成酶AgrB的活性來抑制AIPs的生物合成，降低其毒力因子的表達(dá)[36]。

2.2 阻礙信號分子與受體蛋白結(jié)合

QS信號分子與受體蛋白結(jié)合后，活化受體蛋白，進(jìn)而激活下游的轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子。因此，降低受體蛋白活性或利用與信號分子結(jié)構(gòu)相似的類似物競爭信號分子結(jié)合受體蛋白的活性位點，可以對QS進(jìn)程造成影響。由海洋紅藻產(chǎn)生的鹵代呋喃酮是最早發(fā)現(xiàn)的天然QS抑制劑，它可以通過干擾信號分子AHLs與受體蛋白LuxR結(jié)合，從而影響革蘭氏陰性菌的QS系統(tǒng)[37-38]。吡羅昔康（piroxicam）和美洛昔康（meloxicam）能與lasR和pqsE兩種蛋白質(zhì)的活性位點很好地相互作用，因此可用作控制銅綠假單胞菌QS系統(tǒng)和生物膜形成的潛在抑制劑，在銅綠假單胞菌QS機(jī)制中起重要作用[39]。在革蘭氏陰性菌和革蘭氏陽性菌共用的LuxS/AI-2 QS系統(tǒng)中，信號分子AI-2是一類沒有特定定義結(jié)構(gòu)的分子，其線性前體DPD可以在溶液中環(huán)化形成各種異構(gòu)體。因此，這為其類似物和配體的合成帶來了挑戰(zhàn)。Lowery等[40]合成了一組DPD/AI-2類似物，并評估了它們對各種細(xì)菌的AI-2類QS系統(tǒng)的影響，通過對比lsr基因表達(dá)量，證明丙基-DPD和丁基-DPD對沙門氏菌的QS系統(tǒng)抑制作用最大。在革蘭氏陽性菌的雙組分QS系統(tǒng)中，一些AIPs類似物在半抑制濃度下穩(wěn)定，并可以抑制人體內(nèi)微生物的致病作用[35]。

2.3 降解信號分子

目前對信號分子降解的研究主要集中于革蘭氏陰性菌的AHLs系統(tǒng)上。通過降解信號分子使其在胞外達(dá)不到臨界閾值濃度,不能與LuxR蛋白結(jié)合形成具有轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)激活作用的多聚合物，以此達(dá)到淬滅的效果。一般可通過一些有降解活性的化學(xué)物質(zhì)、降解菌和淬滅酶達(dá)到降解信號分子的目的?；瘜W(xué)降解主要是在堿性條件下內(nèi)酯環(huán)打開，使AHLs信號活性喪失。但內(nèi)酯環(huán)可以重新環(huán)化，AHLs信號的活性在酸性條件下可以逆轉(zhuǎn)。芽孢桿菌屬[9]和假單胞菌屬[41]等都可作為降解菌阻斷QS通路。目前已發(fā)現(xiàn)的具有降解QS信號分子能力的酶主要包括內(nèi)酯酶（lactonases）、酰基轉(zhuǎn)移酶（acylases）和氧化還原酶（oxidoreductases）[42]。內(nèi)酯酶和?；阜謩e通過打開內(nèi)酯環(huán)和切割分子的側(cè)鏈起作用[43-44]。氧化還原酶能將信號分子中的羰基還原成為羥基，從而使信號分子的結(jié)構(gòu)改變而不被降解。信號分子結(jié)構(gòu)變化會導(dǎo)致其特異性和識別功能受到影響，從而導(dǎo)致細(xì)菌表型改變[45]。此外，許多生物體產(chǎn)生的乳酯酶或環(huán)化酶也可降解AHLs信號分子[46-47]。革蘭氏陽性菌的雙組分QS系統(tǒng)，其自然干擾是基于抑制性次級代謝物或細(xì)菌產(chǎn)生的競爭性抑制肽[48-49]。對于革蘭氏陰性菌和革蘭氏陽性菌共用的LuxS/AI-2 QS系統(tǒng)而言，將LsrK（AI-2激酶）和ATP引入細(xì)菌培養(yǎng)物中可以實現(xiàn)信號分子AI-2的降解，從而使AI-2在細(xì)胞外磷酸化，并顯著減少細(xì)菌間的交流[34]。例如，大腸桿菌產(chǎn)生的抗菌肽LsrK可以磷酸化病原細(xì)菌中的AI-2，并抑制沙門氏菌和哈維氏弧菌生物膜的形成[50]。盡管人們已經(jīng)證明了淬滅酶可有效降低動植物病原體的毒性，但仍需要更詳細(xì)地討論底物特異性、催化效率、穩(wěn)定性、酶傳遞以及潛在的副作用等問題，以開發(fā)具有保護(hù)或治療作用的淬滅酶。因此，大多數(shù)方法仍處在研究階段，在農(nóng)業(yè)、工業(yè)以及臨床環(huán)境中的實際應(yīng)用仍然稀少。

3 群體感應(yīng)淬滅在食品保鮮中的應(yīng)用

食品腐敗問題是制約我國食品產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一個重要因素，探究QS與食品腐敗的關(guān)系，從QS的角度延緩、抑制食品腐敗對我國食品工業(yè)未來的蓬勃發(fā)展有著重要意義。微生物活動是引起食品腐敗的重要原因之一，細(xì)菌中的QS調(diào)節(jié)與食品腐敗的典型表現(xiàn)有關(guān)，如果膠分解、脂肪分解、蛋白水解和幾丁質(zhì)分解以及生物膜形成。研究表明，許多與食品腐敗相關(guān)的革蘭氏陰性菌可產(chǎn)生AHLs，如銅綠假單胞菌、變形斑沙雷氏菌（Serratia proteamaculans）、蜂房哈夫尼菌（Hafnia alvei）等[3]。通過對QS信號分子的抑制、降解，干擾QS進(jìn)程，阻礙特定基因的表達(dá)，可以延緩食品的腐敗進(jìn)程。此外，致病菌感染會對人類的健康造成威脅。因此，QS淬滅技術(shù)為食品防腐保鮮提供了可行的新思路。

3.1 乳及乳制品

乳及乳制品營養(yǎng)價值極高，富含蛋白質(zhì)、脂肪、乳糖、礦物質(zhì)、維生素等物質(zhì)，因此成為人們?nèi)粘Ｉ钪斜夭豢缮俚氖称?。從原料乳到產(chǎn)品的每一個加工步驟的操作不當(dāng)，都可能引起微生物污染，導(dǎo)致產(chǎn)品品質(zhì)下降。引起乳及乳制品腐敗的微生物主要是革蘭氏陰性菌（例如假單胞菌屬、沙雷氏菌屬等），其腐敗特性均受QS控制[51]。這些細(xì)菌在自然環(huán)境中廣泛存在,且抵抗不良環(huán)境能力較強(qiáng)，因此乳及乳制品易受此類細(xì)菌污染。在變形沙雷氏菌B5菌株中，胞外脂肪酶和蛋白水解酶活性均受QS系統(tǒng)調(diào)節(jié)，且信號分子為AHLs，因此可以認(rèn)為乳的腐敗變質(zhì)與QS機(jī)制密切相關(guān)。假單胞菌是一種能在冷藏條件下大量生長的腐敗菌，Shobharani等[52]采用薄層色譜、GC以及GC-MS方法鑒定出了發(fā)酵乳中假單胞菌屬的QS系統(tǒng)內(nèi)包含兩種不同的信號分子AHLs，分別為丁酰高絲氨酸內(nèi)酯和己基高絲氨酸內(nèi)酯。在添加2(5H)-呋喃酮的培養(yǎng)基中生長的假單胞菌菌株，其產(chǎn)量均低于對照菌株，并且能有效延長發(fā)酵乳的貨架期至9 d，證明了2(5H)-呋喃酮對假單胞菌屬信號分子AHLs的抑制作用。除了添加外源QS抑制劑可達(dá)到淬滅效果外，有研究表明QS淬滅抑制活性也與食品自身化學(xué)成分有關(guān)。例如，牛奶對紫色桿菌CV026（Chrornobacteriurn violaceurnCV026）信號分子AHLs產(chǎn)生的抑制效果優(yōu)于駱駝奶[53]，這可能是乳的化學(xué)成分不同，特別是脂肪含量不同造成的。牛奶對QS信號的自然抑制作用可能為控制食源性病原體和減少微生物腐敗提供一種獨(dú)特的手段。

3.2 畜禽肉制品

畜禽肉制品的安全性備受生產(chǎn)者和消費(fèi)者關(guān)注，食用微生物過度污染的產(chǎn)品對人體健康有極大危害。假單胞菌屬、芽孢桿菌屬可以分解肉中的蛋白質(zhì)，無色桿菌屬可以分解肉中的脂肪，這些菌屬是造成肉及肉制品發(fā)生腐敗變質(zhì)的主要微生物。目前，已從牛肉、雞肉、豬肉、火雞肉[54]等畜禽肉的腐敗變質(zhì)過程中檢測出不同種類的信號分子。Mohan等[55]發(fā)現(xiàn)丁香酚和肉桂能有效控制雞肉中的腐敗微生物，且能有效降解雞肉中AHLs。在4 ℃的貯藏溫度下，改良的氣調(diào)輔助香料浸漬包裝能將雞肉的貨架期延長25 d。這些結(jié)果表明，香料可以作為QS淬滅劑，通過減少AHLs的產(chǎn)生來降低腐敗率。畜禽肉的生產(chǎn)銷售過程都極易受金黃色葡萄球菌污染而導(dǎo)致腐敗變質(zhì)。金黃色葡萄球菌作為一種常見的食源性致病菌，其引起的食物中毒是世界性的公共衛(wèi)生問題。研究表明，金黃色葡萄球菌受信號分子AIPs的調(diào)控[10],AIPs通過抑制其QS過程，從而抑制其繁殖，對食品防腐和延長食品保質(zhì)期具有重大的意義。此外，禽肉中的一些的脂肪酸如亞油酸、油酸、棕櫚酸和硬脂酸對AI-2活性有很強(qiáng)的抑制作用，未來可能成為控制食源性病原體和減少微生物腐敗的一種方法[56]。由此可見，QS參與了畜禽肉的腐敗變質(zhì)過程，調(diào)控微生物的QS進(jìn)程是延長畜禽肉貨架期的新思路。

3.3 水產(chǎn)品

水產(chǎn)品中水分含量相對較高，肌肉結(jié)構(gòu)疏松，有較多的不飽和脂肪酸和可溶性蛋白，并且自溶酶活性也較高，在捕撈、運(yùn)輸和保藏過程中易受污染發(fā)生腐敗，造成大量經(jīng)濟(jì)損失。微生物代謝也是水產(chǎn)品腐敗的主要原因。在水產(chǎn)品的貯藏過程中對其特定腐敗菌的生長進(jìn)行控制可有效延長其貯藏時間。研究表明，低溫冷藏魚類的主要腐敗菌有腐敗希瓦氏菌屬、假單胞菌屬、氣單胞菌屬等[57]，這些微生物可通過產(chǎn)生溶解酶從而對蝦和魚類的細(xì)胞組織造成損害。朱耀磊等[58]采用基因敲除的方法構(gòu)建了QS基因LuxRI缺失型菌株，此基因缺失后，并不影響分離自腐敗即食海參的蜂房哈夫尼菌H4（Hafnia alveiH4）的生長，但卻使其失去分泌AHLs的能力，且該菌生物膜的形成和泳動能力也顯著減弱，證明了QS對水產(chǎn)品腐敗的重要調(diào)控作用。沙門氏菌作為養(yǎng)殖魚類的常見病原體，可引起魚類的癤病和其他相關(guān)疾病[59]。Liu Li等[60]在變質(zhì)的大黃魚中分離出具有AHLs活性的沙門氏菌AE03（Aeromonas salmonicidaAE03），檢測到AHLs為主要的信號分子。為了證實asaI為高絲氨酸內(nèi)酯合成酶的功能基因，構(gòu)建了敲除asaI基因的突變體。結(jié)果表明，其突變體泳動能力優(yōu)于野生株，且torA、cadA、fliR以及轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子asaR基因的轉(zhuǎn)錄水平顯著上調(diào)，但成熟的生物膜量減少。補(bǔ)充外源信號分子可恢復(fù)突變體中腐敗代謝物、蛋白酶的產(chǎn)生和生物膜的形成，表明AHLs可能參與腐敗相關(guān)酶和鞭毛的調(diào)節(jié)。但仍然需要進(jìn)一步對asaI突變體的轉(zhuǎn)錄和蛋白質(zhì)組進(jìn)行研究分析來闡明AHLs的分子調(diào)控機(jī)制。部分乳酸菌因具有良好的抗菌活性和安全性，從而可以作為一種新型的生物防腐手段。植物乳桿菌AB-1（Lactobacillus plantarumAB-1）和干酪乳桿菌（Lactobacillus casei）共培養(yǎng)可以使植物乳桿菌AB-1的抗菌活性、QSluxS基因和細(xì)菌素調(diào)節(jié)操縱子（plnB和plnC）的轉(zhuǎn)錄水平顯著提高。兩者共同接種于凡納濱對蝦時，能夠顯著抑制蝦中的腐敗生物的生長，提高蝦中AI-2的活性[61]。因此，乳酸菌的種間互作和細(xì)菌素的產(chǎn)生可能受AI-2/LuxS系統(tǒng)的調(diào)控，植物乳桿菌AB-1和干酪乳桿菌的共接種可以作為一種貯存蝦的有效策略。由此說明，針對有益菌和腐敗菌的QS系統(tǒng)采取不同的處理手段，發(fā)揮其最大的效能以應(yīng)用于食品保鮮防腐是未來的研究方向。

3.4 果蔬

果蔬的腐敗主要由革蘭氏陰性菌引起，革蘭氏陰性菌會釋放細(xì)菌酶導(dǎo)致植物組織軟爛，破壞細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)[62]。研究表明，導(dǎo)致果蔬腐敗的主要細(xì)菌是歐文氏菌和假單胞菌。胡蘿卜歐文氏菌黑腐亞種（Erwinia carotovorasubsp.atroseptica）是一種能夠引起馬鈴薯莖和塊莖黑斑病和軟腐病的植物病原體，其毒力基因（pelC、pehA、celV和nip）受QS調(diào)控。當(dāng)粉蝶霉素A或葡糖基殺粉蝶菌素存在時，4 種毒力基因的轉(zhuǎn)錄水平顯著降低，表明它們具有作為馬鈴薯塊莖軟腐病抑制劑的潛力[63]。此外，土壤中分離的芽孢桿菌可作為QS淬滅菌，其可產(chǎn)生AHL內(nèi)酯酶，滅活A(yù)HLs信號分子，對胡蘿卜歐文氏菌胡蘿卜亞種（Pectobacterium carotovorumsubsp.carotovorum）有一定的生物防治功能[64]。在腐敗豆芽中可分離出產(chǎn)生AHLs的細(xì)菌（主要是腸桿菌科和假單胞菌）。與野生型菌株相比，AHL陰性突變體菌株的蛋白酶和果膠酶活性明顯降低，證明QS系統(tǒng)可以調(diào)控豆芽軟腐進(jìn)程；在添加外源信號分子N-3-氧-己酰高絲氨酸內(nèi)酯后蛋白酶活性又增加，說明抑制QS進(jìn)程在一定程度上能夠抑制果蔬腐敗進(jìn)程[65]，為未來使用QS抑制劑靶向保護(hù)食物提供了理論支持。此外，一些致病菌能夠附著在原材料、加工設(shè)備等表面并形成生物膜，特別是食用未經(jīng)加工的新鮮果蔬可增加消費(fèi)者患食源性疾病的風(fēng)險。研究表明，柑橘類水果中的檸檬苦素依賴QS機(jī)制抑制大腸埃希氏菌（Escherichia coli）的生物膜形成[66]；新鮮黃瓜中的致病菌和沙門氏菌屬形成的生物膜可被有機(jī)酸（如乳酸、乙酸和檸檬酸）有效抑制，其QS進(jìn)程也可被有機(jī)酸延緩，可用作潛在的QS抑制劑[67]，從而提高食品安全性，理論上可以在食品行業(yè)進(jìn)行實際應(yīng)用，以控制食源性疾病的暴發(fā)。

4 結(jié) 語

綜上所述，QS與食品腐敗之間存在著緊密的聯(lián)系。隨著研究的不斷深入，QQ可作為一種對抗細(xì)菌的有效方式，為生物防治QS依賴的細(xì)菌侵染提供可能的途徑，有望廣泛應(yīng)用于食品、醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)、環(huán)境等各個領(lǐng)域中。目前通過人工合成和自然界獲取已發(fā)現(xiàn)多種綠色、安全的QS抑制劑和淬滅酶，可有效干擾食品中腐敗微生物間的QS過程，延緩腐敗進(jìn)程，為食品保鮮、延長其貨架期提供新的思路。但目前QQ技術(shù)仍未廣泛應(yīng)用于實際生產(chǎn)中。對此仍需在以下方面進(jìn)行深入研究，以便能夠更好地開發(fā)QS淬滅技術(shù)潛力：1）明確不同種類信號分子的化學(xué)組成及其QS調(diào)控機(jī)制；2）結(jié)合多種檢測技術(shù)，尋求普遍、快速、準(zhǔn)確的信號分子定性和定量方法；3）食品腐敗過程有多種微生物共同參與，應(yīng)著重從QS及其相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄水平角度探究微生物間的互作關(guān)系；4）目前僅有少數(shù)微生物的QS特征及其調(diào)控作用被明確研究，也應(yīng)當(dāng)從微生物種類（如細(xì)菌-細(xì)菌、細(xì)菌-真菌、真菌-真菌等）的角度探究QS的多種互作機(jī)制；5）利用多組學(xué)技術(shù)探究QS對微生物生長及其代謝的影響；6）部分細(xì)菌自身沒有信號分子合成基因，但具有QS轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)蛋白，在共存體系中它們可獲取其他微生物所分泌的共用物質(zhì)，如QS信號分子、鐵載體、蛋白酶等[68-69]，從而“享受”QS所帶來的“生長利益”；此外，這些細(xì)菌還會破壞種群之間原有的合作關(guān)系，消耗共用物質(zhì)加速自身生長代謝，干擾微生物生態(tài)體系[70]；因此，應(yīng)著重加強(qiáng)這一部分機(jī)制的研究。關(guān)于QS及其淬滅的研究任重道遠(yuǎn)，隨著研究的不斷深入，有望利用這一途徑解決長久以來困擾人們的食品保鮮問題。