近日，食品與生物工程學(xué)院饒瑜教授團(tuán)隊(duì)在國際食品Top期刊《Food Research International》（Q1，IF: 7.0）發(fā)表題為“Characterization of quorum quenching enzyme AiiA and its potential role in strawberry preservation”的研究性論文。西華大學(xué)教師梁紫微和碩士生鄧西為共同第一作者，通訊作者為饒瑜教授和蘭州大學(xué)動(dòng)物醫(yī)學(xué)與生物安全學(xué)院青年研究員劉蕾。

在食品工業(yè)中，草莓因微生物腐敗造成嚴(yán)重食物浪費(fèi)和經(jīng)濟(jì)損失。群體感應(yīng)（QS）在細(xì)菌生理調(diào)控中意義重大，其中AHLs是關(guān)鍵信號分子。群體感應(yīng)淬滅酶AiiA可使AHLs信號失活，干擾細(xì)菌通訊，殼聚糖則常用于食品保鮮。本研究在體外合成AiiA，優(yōu)化其降解AHLs的反應(yīng)條件（20-60°C、pH 8.0），發(fā)現(xiàn) AiiA 可抑制腸桿菌屬和銅綠假單胞菌的生物膜形成等過程。將其用于草莓保鮮實(shí)驗(yàn)，結(jié)果顯示單獨(dú)使用AiiA可改善被腸桿菌感染草莓的色澤和硬度，AiiA與殼聚糖聯(lián)用對受腸桿菌和銅綠假單胞菌感染的草莓在多項(xiàng)品質(zhì)指標(biāo)上有顯著提升，且二者單獨(dú)或聯(lián)合使用都能減少草莓中的微生物數(shù)量。本研究表明，AiiA單獨(dú)或與殼聚糖聯(lián)合使用在農(nóng)產(chǎn)品保鮮方面頗具潛力。

研究亮點(diǎn)

AiiA 的最佳反映條件為20-60°C, pH=8.0。

AiiA可抑制腸桿菌屬和銅綠假單胞菌生物膜形成。

AiiA+chitosan可提高細(xì)菌侵染的草莓的感官質(zhì)量。

AiiA+chitosan 增加了細(xì)菌侵染的草莓的可溶性固形物含量。

AiiA和AiiA+chitosan降低了細(xì)菌侵染的草莓中的細(xì)菌數(shù)量。

研究結(jié)論

AiiA蛋白的特性與功能：從解淀粉芽孢桿菌成功分離aiiA基因并在大腸桿菌表達(dá)，AiiA可使AHLs信號失活，干擾細(xì)菌群體感應(yīng)系統(tǒng)。其在20-60°C、pH 8.0時(shí)活性良好，能抑制腸桿菌屬和銅綠假單胞菌的生物膜形成、胞外多糖產(chǎn)生和胞外蛋白酶活性。

AiiA對草莓的保鮮作用：單獨(dú)使用AiiA可改善受腸桿菌感染草莓的亮度、紅色度和硬度。AiiA與殼聚糖聯(lián)用，對受腸桿菌和銅綠假單胞菌感染的草莓，在感官品質(zhì)、顏色、硬度和可溶性固形物含量等方面均有顯著提升。AiiA單獨(dú)或與殼聚糖聯(lián)合處理，能有效減少草莓中的細(xì)菌和真菌數(shù)量，抑制細(xì)菌生長，在農(nóng)產(chǎn)品保鮮方面展現(xiàn)出潛在應(yīng)用價(jià)值，有望成為新型生物保鮮手段。

圖文賞析

Graphical abstract

圖1 蛋白AiiA的結(jié)構(gòu)分析。(A) AiiA核苷酸和氨基酸序列；(B) AiiA二級結(jié)構(gòu)；(C) AiiA三級結(jié)構(gòu)；(D) AiiA親水性；(E) AiiA跨膜蛋白分析；(F) AiiA信號肽。

圖2 濃度(A)、反應(yīng)時(shí)間(C)、溫度(E)和pH (G)對AiiA酶活性的影響。(B)、(D)、(F)、(H)分別為CV026報(bào)告平板上紫色圓圈直徑的定量分析。

圖3 AiiA對浮游和生物膜態(tài)銅綠假單胞菌的影響。（A）銅綠假單胞菌的生長曲線；結(jié)晶紫法對銅綠假單胞菌生物膜形成的定性（B）和定量（C）分析；（D）銅綠假單胞菌生物膜胞外多糖含量；（E）銅綠假單胞菌胞外蛋白酶活性。

圖4 AiiA對浮游和生物膜態(tài)腸桿菌的影響。（A）腸桿菌的生長曲線；結(jié)晶紫法對腸桿菌生物膜形成的定性（B）和定量（C）分析；（D）腸桿菌生物膜胞外多糖含量；（E）腸桿菌胞外蛋白酶活性。

圖5 AiiA和殼聚糖對腸桿菌或銅綠假單胞菌感染草莓保鮮的影響。未感染細(xì)菌(A)、腸桿菌(B)和銅綠假單胞菌(C)侵染的草莓外觀；對未感染細(xì)菌(D)、腸桿菌(G)和銅綠假單胞菌(J)感染的草莓的感官評價(jià)（顏色、質(zhì)地、氣味、新鮮度和總分）。未感染細(xì)菌(E)、腸桿菌(H)和銅綠假單胞菌(K)感染的草莓顏色測定；未感染細(xì)菌(F)、腸桿菌(I)和銅綠假單胞菌(L)感染的草莓硬度。

圖6 AiiA和殼聚糖處理對感染或未感染草莓可溶性固形物含量(A)、細(xì)菌總數(shù)(B)和真菌總數(shù)(C)的影響。

作者簡介：

饒瑜，博士，西華大學(xué)食品與生物工程學(xué)院教授，碩士生導(dǎo)師，副院長。美國麻省大學(xué)阿默斯特分校(UMass Amherst)訪問學(xué)者，四川省學(xué)術(shù)和技術(shù)帶頭人后備人選，四川省海外高層次留學(xué)人才。主要從事果蔬益生發(fā)酵與高值化利用、農(nóng)產(chǎn)品加工與貯藏中的微生物問題研究。主持國家自然科學(xué)基金、四川省重點(diǎn)研發(fā)、四川省應(yīng)用基礎(chǔ)項(xiàng)目等多項(xiàng)。第一作者或通訊作者發(fā)表SCI收錄論文20余篇，授權(quán)國家發(fā)明專利3項(xiàng)。為International Journal of Food Microbiology, Food Control，F(xiàn)ood & Function等期刊審稿人。獲省級科技進(jìn)步三等獎(jiǎng)1項(xiàng)、市級科技進(jìn)步三等獎(jiǎng)1項(xiàng)。四川省一流本科課程負(fù)責(zé)人，主編教材1部，參編專著1部、教材3部。

劉蕾，博士、蘭州大學(xué)動(dòng)物醫(yī)學(xué)與生物安全學(xué)院青年研究員、碩士生導(dǎo)師。2017年畢業(yè)于中國農(nóng)業(yè)大學(xué)食品生物技術(shù)專業(yè)。主要從事微生物資源挖掘、利用與控制等方面的教學(xué)與科研工作，主持國家自然科學(xué)基金青年基金、教育部春暉計(jì)劃等項(xiàng)目。以第一作者或通訊作者在Food Hydrocollides、Food Research International、International Journal of Food Microbiology、Food & Function、Journal of Functional Foods、 LWT - Food Science and Technology等著名Top期刊發(fā)表SCI收錄論文20余篇。

梁紫微，西華大學(xué)食品與生物工程學(xué)院講師，丹麥哥本哈根大學(xué)博士，瑞士蘇黎世大學(xué)訪問學(xué)者。主要從事致病菌生物膜形成分子機(jī)制、天然化合物抑菌機(jī)制等微生物防控研究工作。近年在Food Research International、Food Control、Frontiers in Microbiology等期刊發(fā)表多篇高水平學(xué)術(shù)論文，主持西華大學(xué)人才引進(jìn)項(xiàng)目1項(xiàng)，作為技術(shù)骨干參與國家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目以及丹麥獨(dú)立研究委員會(huì)項(xiàng)目。

鄧西，西華大學(xué)食品與生物工程學(xué)院2020級碩士研究生，主要從事群體感應(yīng)淬滅酶在果蔬保鮮中的應(yīng)用研究。以共同第一作者身份在國際食品TOP期刊LWT-Food Science and Technology和Food Research International發(fā)表相關(guān)研究成果，主持四川省科技創(chuàng)新苗子工程培育項(xiàng)目1項(xiàng)，榮獲西華大學(xué)研究生學(xué)業(yè)獎(jiǎng)學(xué)金3次、國家獎(jiǎng)學(xué)金1次和四川省優(yōu)秀畢業(yè)生稱號。