陶森 林對(duì)儉 阮世勇

摘 要：由于大腸桿菌具有耐酸性，且乳酸可引起大腸桿菌的亞致死性損傷，故使其成為食品安全領(lǐng)域關(guān)注的重要問題之一。了解不同酸性條件下大腸桿菌的生存特點(diǎn)，有助于人們進(jìn)一步認(rèn)識(shí)其耐酸性的分子機(jī)制，從而為制定預(yù)防方案和措施提供理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：大腸桿菌? 耐酸性? 分子機(jī)制

1 大腸桿菌

大腸桿菌廣泛存在于自然界中，是人和動(dòng)物腸道中的正常菌群，一般情況下不會(huì)導(dǎo)致人和牲畜患病。但是，大腸桿菌又是條件性致病菌，因此被認(rèn)為是判斷食品工廠中許多食品和制造設(shè)備可能受到污染的指示生物。由于大腸桿菌產(chǎn)毒力強(qiáng)，因而致病性強(qiáng)、感染劑量較低，且具有較強(qiáng)的抗酸性——在酸性環(huán)境中有較強(qiáng)的抵抗力，所以很容易污染一些酸性或發(fā)酵食品，如酸果汁、火腿腸、乳制品、腌制食品等[1]。迄今為止，通常將能夠引起人類和動(dòng)物腹瀉的大腸桿菌主要分為4個(gè)菌群，即產(chǎn)腸毒素大腸桿菌、腸致病性大腸桿、侵襲性大腸桿菌及腸出血性大腸桿菌。

2 有機(jī)酸脅迫對(duì)大腸桿菌的影響

因大腸桿菌（O157：H7）對(duì)酸的耐受能力較強(qiáng)，而酸性食品又具有耐酸性，故被確定為大腸桿菌的載體[2]。酸性食品中，乳酸是一種提升酸度的常見方式，其可以由某些菌株產(chǎn)生，且普遍存在于各種發(fā)酵食品中，如酸奶、泡菜、香腸等。此外，乳酸也常用于食品工業(yè)，濃度較高的乳酸常作為抗菌劑來(lái)控制食源性病原體的生長(zhǎng)[3]。目前，乳酸已被美國(guó)食品藥品監(jiān)督管理局（FDA）指定為一類公認(rèn)安全的食品（GRAS）。作為一種有機(jī)酸，乳酸可以在細(xì)菌的細(xì)胞膜上擴(kuò)散，然后在細(xì)胞內(nèi)釋放質(zhì)子（H+），而較低的內(nèi)部pH值會(huì)損傷細(xì)胞膜、DNA和RNA，進(jìn)而導(dǎo)致細(xì)胞死亡。有報(bào)道稱，有機(jī)酸脅迫可導(dǎo)致大腸桿菌的亞致死損傷[4]。亞致死性損傷則包括DNA、RNA、蛋白質(zhì)和包膜的可逆性損傷，其往往由不足以破壞細(xì)胞的壓力所引起。如果從壓力條件中去除受損的細(xì)菌，則可以使其恢復(fù)生理功能并具有完全的毒力，從而對(duì)人體健康造成潛在威脅。

2.1 雙重脅迫壓力對(duì)大腸桿菌的交叉保護(hù)作用

在一種壓力下能夠?qū)蛊渌鼔毫Φ哪芰Ρ环Q為交叉保護(hù)，而大腸桿菌則具有多種交叉保護(hù)的能力。通過酸適應(yīng)的大腸桿菌能夠加強(qiáng)對(duì)抗其他逆境的能力，如高溫、饑餓條件、滲透壓等的應(yīng)激大腸桿菌可以增強(qiáng)抗酸的能力[5]。有研究顯示[6]，饑餓條件（25℃）孵育的大腸桿菌（O157：H7）的抗酸能力得到提升——饑餓條件下產(chǎn)生的饑餓休克蛋白能夠修復(fù)因酸性環(huán)境而變性的大分子物質(zhì)。之所以大部分細(xì)菌能產(chǎn)生交叉保護(hù)，主要在于細(xì)菌能產(chǎn)生一種名為多種保護(hù)蛋白的物質(zhì)，其能夠修復(fù)因不同條件（化學(xué)因子、物理等）而變性的大分子物質(zhì)。

有文獻(xiàn)報(bào)道[7]，當(dāng)pH值在5.0～7.0之間時(shí)，大腸桿菌（O157：H7）的生長(zhǎng)狀況較好;當(dāng)pH值<4.0時(shí)，大腸桿菌（O157：H7）的生長(zhǎng)受到了抑制;當(dāng)pH值<2.0時(shí)，大腸桿菌（O157：H7）被全部殺滅。由此不難看出，大腸桿菌（O157：H7）不僅可以抵制酸性環(huán)境的影響，且具有較強(qiáng)的耐酸性。根據(jù)掃描電鏡SEM結(jié)果[7]（如圖1），因不同酸性環(huán)境中pH值不盡相同，O157：H7型大腸桿菌的菌體形狀也會(huì)呈現(xiàn)出差異性變化，即當(dāng)培養(yǎng)基的酸性升高時(shí)大腸桿菌（O157：H7）的菌體細(xì)胞從長(zhǎng)桿狀變成了短桿狀或橢圓狀。在不同pH值的乳酸中暴露60min（大腸桿菌O157：H7的pH值為3.0～4.6、大腸桿菌K-12的pH值為3.4～5.0）后，亞致死的大腸桿菌細(xì)胞廣泛持續(xù)存在。隨著培養(yǎng)溫度的降低，乳酸對(duì)大腸桿菌O157：H7和K-12的亞致死比例逐漸下降。乳酸誘導(dǎo)的亞致死性大腸桿菌O157：H7和K-12中，在37℃、60min內(nèi)可以在胰蛋白酶大豆肉湯中完全恢復(fù)[8]。

3 結(jié)語(yǔ)

大腸桿菌在適應(yīng)各種環(huán)境壓力下（如耐酸、耐冷、耐熱、耐高壓等）會(huì)進(jìn)化出多種不同的應(yīng)激響應(yīng)機(jī)制來(lái)對(duì)抗各種不同的壓力信號(hào)。其中，大腸桿菌（O157：H7）在酸性環(huán)境下的應(yīng)答使其具有獨(dú)特的生理功能和較強(qiáng)的耐受酸性脅迫能力。人們從未停止對(duì)大腸桿菌進(jìn)行研究的腳步，并利用SEM觀察有機(jī)酸對(duì)細(xì)菌細(xì)胞膜的損傷情況，這將為新的抑菌劑的開發(fā)提供更多的可能性和理論依據(jù)。未來(lái)，隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，大腸桿菌對(duì)酸的抗性變化研究將取得更高的研究成果。

參考文獻(xiàn)：

[1] Arias E， Méndez M， Arias E， et al. Supramolecular Recognition of Escherichia coli Bacteria by Fluorescent Oligo（Phenyleneethynylene）s with Mannopyranoside Termini Groups[J]. Sensors， 2017， 17（5）： 1025.

[2] Shin H J ， Kim H ， Beuchat L R ， et al. Antimicrobial activities of organic acid vapors against Acidovorax citrulli， Salmonella enterica， Escherichia coli O157：H7， and Listeria monocytogenes on Cucurbitaceae seeds[J]. Food Microbiology， 2020， 92：103569.

[3] Bae Y， Lee S. Combined effects of organic acids and salt depending on type of acids and pathogens in laboratory media and acidified pickle[J]. Journal of Applied Microbiology， 2015， 119（2）： 455-464.

[4] Wesche A M， Gurtler J B， Marks B P， et al. Stress， sublethal injury， resuscitation， and virulence of bacterial foodborne pathogens[J]. J Food Prot， 2009， 72（5）： 1121-1138.

[5] Il-Byeong Kang， Kun-Ho Seo. Variation of antibiotic resistance in Salmonella Enteritidis， Escherichia coli O157：H7， and Listeria monocytogenes after exposure to acid， salt， and cold stress[J]. Journal of Food Safety， 2020， 40.

[6] Arnold K W， Kaspar C W. Starvation- and stationary-phase-induced acid tolerance in Escherichia coli O157：H7[J]. Applied & Environmental Microbiology 1995，61（5）： 2037- 2039.

[7] 李小媚，桂榮，鐘俊良，等.大腸桿菌O157：H7耐酸性及酸脅迫下菌體形態(tài)變化的初步研究[J].食品安全質(zhì)量檢測(cè)學(xué)報(bào)，2018，9（7）：1501-1506.

[8] Shi H， Chen Z， Chen D， et al. Sublethal injury and recovery of Escherichia coli O157：H7 and K-12 after exposure to lactic acid[J]. Food Control， 2017， 82： 190-195.