ε-聚赖氨酸对腐生葡萄球菌细胞结构与能量代谢的影响

ε-聚赖氨酸（ε-PL）是一种具有抑菌功效的阳离子多肽，具有抑制效果好、抑菌性广等优点。研究表明，ε-PL的抑菌机制主要为作用于细胞膜和细胞壁导致细胞死亡，对细菌的呼吸作用有一定影响，同时还可能作用于酶或功能蛋白系统。

上海海洋大学食品学院的蓝蔚青、张楠楠、谢 晶*等人以ε-PL对腐生葡萄球菌细胞膜影响为出发点，由细菌生长曲线、碱性磷酸酶（AKP）、三磷酸腺苷（ATP）酶、电导率、紫外吸收值与扫描电子显微镜观察，研究ε-PL对腐生葡萄球菌细胞结构的影响，并通过检测琥珀酸脱氢酶（SDH）、苹果酸脱氢酶（MDH）、过氧化物酶（POD）与过氧化氢酶（CAT）等呼吸代谢关键酶活性变化，进一步探究ε-PL对腐生葡萄球菌能量代谢的作用机制。

1、ε-PL对腐生葡萄球菌生长曲线的影响

由图1可知，CK组的腐生葡萄球菌生长呈“S”型，2～13 h为对数期，该阶段菌体数量增长迅速，13 h后进入稳定期。与CK组相比，MIC组与2 MIC组菌体在2～13 h时的生长速度减慢，在13 h进入稳定期，MIC组与2 MIC组菌体数量小于对照组。可见，经MIC和2 MIC ε-PL处理后，腐生葡萄球菌的生长受到明显抑制。

2、ε-PL对腐生葡萄球菌AKP活力的影响

从图2可知，在0～2 h时，3 组样品的AKP活力增长较快。2 h后MIC组和2 MIC组的AKP活力要高于对照组。其中，2 MIC组AKP活力增长更明显。表明ε-PL处理能使腐生葡萄球菌的细胞壁通透性发生改变，导致AKP活力增加。这是由于ε-PL富含阳离子，会取代细胞壁表面的Ca2＋、Mg2＋，与负电性的脂多糖结合，导致细胞壁结构发生改变，从而穿过细胞壁作用于细胞膜。

3、ε-PL对腐生葡萄球菌总ATP酶活力的影响

由图3可知，CK组菌液的ATP酶活力变化不明显，保持相对平稳。而经MIC与2 MIC的ε-PL处理后，其ATP酶活力活力随处理时间延长而降低。可能由于ε-PL作用于菌体后，导致其细胞膜受损，造成胞内的ATP酶活力下降。因此，ε-PL的抑菌作用可使其能量代谢受到抑制，影响细胞供能等。

4、ε-PL对腐生葡萄球菌细胞膜通透性的影响

由图4可知，随着作用时间的延长，MIC组与2 MIC组菌液的OD值增加，且在2 h内明显增加，随后缓慢增长，而CK组菌液的OD值始终保持低水平。可见，ε-PL对菌体的细胞膜有一定破坏作用，破坏强度与ε-PL质量浓度呈正相关。

5、ε-PL对腐生葡萄球菌电导率的影响

由图5可知，随着处理时间的延长，3 组菌液的电导率均随之增加。其中，CK组菌液在2 h内的电导率增加较明显，随后缓慢增长，并维持在相对稳定状态。MIC与2 MIC组菌液的电导率始终高于CK组，其与处理液浓度呈正相关。可能是ε-PL破坏细胞膜，导致菌体膜破裂，胞内大量物质泄漏，影响其正常代谢，最终导致菌体死亡。

6、ε-PL对腐生葡萄球菌细胞形态的影响

由图6可知，CK组菌体形态饱满、完整未变形；经MIC ε-PL处理后的菌体扭曲变形、表面粗糙。而经2 MICε-PL处理后，菌体在扭曲变形的同时，部分细胞相互黏结，形态破坏较明显。表明ε-PL能破坏菌体形态，改变其通透性，达到抑菌效果。

7、ε-PL对腐生葡萄球菌POD和CAT活力的影响

由图7可知，菌体经MIC与2 MIC ε-PL处理后，其POD和CAT活力低于CK组。随着ε-PL质量浓度的增加，POD和CAT活力相应下降。可见，ε-PL可通过降低腐生葡萄球菌的POD、CAT活力，减缓其呼吸代谢，从而抑制菌体生长。

8、ε-PL对腐生葡萄球菌SDH与MDH活力的影响

如图8所示，与CK组相比，ε-PL处理组的SDH与MDH活力降低，且随着ε-PL质量浓度的增加，SDH活力逐渐降低，MDH活力的变化趋势与SDH相似。结果表明ε-PL会降低腐生葡萄球菌的SDH与MDH活力，且ε-PL质量浓度越高，酶活力越低。可能是ε-PL主要通过抑制SDH和MDH活性，使三羧酸循环受阻，影响菌体正常的能量代谢，导致其细胞生长受阻。

9、ε-PL对腐生葡萄球菌细胞代谢活力的影响

由图9可知，ε-PL处理组的OD值低于对照组，且2 MIC组的OD值低于MIC组，说明ε-PL能抑制腐生葡萄球菌的代谢活性。可能是ε-PL作用于腐生葡萄球菌，导致细胞结构改变，内容物泄漏，对其代谢活力产生影响。

10、综合分析结果

以上分析表明，含有阳离子残基的ε-PL通过静电作用吸引到带有负电荷的细菌表面，当ε-PL达到一定浓度时，细胞磷脂膜结构发生变化，渗透性增强，细胞膜上形成孔洞，然后ε-PL通过膜上孔洞进入细胞，破坏微生物的正常生理代谢，引起细胞的物质、能量以及信息传递中断，并与细胞的内部物质发生作用，破坏细胞的核心，造成紫外吸收物的渗出，最终导致细胞死亡。

结 论

本实验通过MIC、细菌生长曲线、电导率、紫外吸收变化、AKP与ATP酶活力测定，结合扫描电子显微镜观察，分析ε-PL对腐生葡萄球菌的作用机制。结果表明，ε-PL对腐生葡萄球菌的MIC为1.0 mg/mL，其能使细菌生长速率减缓，细胞壁与细胞膜通透性和完整性受损，内容物外泄，最终使菌体死亡。同时，ε-PL对腐生葡萄球菌三羧酸循环过程中的琥珀酸脱氢酶和苹果酸脱氢酶抑制作用明显，直接影响细胞电子传递链与呼吸作用，抑制其代谢活力，导致菌体死亡。ε-PL进入细胞内，抑制细胞膜上的ATP酶活力，导致细胞内多种代谢途径受阻，同时影响细胞膜的稳定性和多种酶的反应活性。后续研究可考虑在DNA分子水平或结合蛋白组学进一步探究ε-PL的抑菌机制。

本文《ε-聚赖氨酸对腐生葡萄球菌细胞结构与能量代谢的影响》来源于《食品科学》2020年41卷23期 56-62页，作者：蓝蔚青，张楠楠，陈梦玲，谢晶。DOI:10.7506/spkx1002-6630-20191112-155。

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修改/编辑：袁艺；责任编辑：张睿梅

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