【论文解读】华南农业大学王涓课题组在病原微生物防控新发现：一株新型空肠弯曲菌噬菌体vB_CjeM_WX1在食品中的应用

在全球，弯曲杆菌被认为是引起人类胃肠炎最常见的细菌之一，如何防控空肠弯曲菌是全球的研究热点。2024年11月9日，华南农业大学王涓课题组在食品一区顶刊杂志《International journal of Food Microbiology》在线发表了一篇题为《Application of a novel phage vB_CjeM_WX1 to control Campylobacter jejuni in foods 》的研究性论文。王涓为该论文的通讯作者，硕士研究生肖铠姗为第一作者。论文获得了国家重点研发计划（2023YFD1801000）、广东省基础与应用基础研究重大专项（2020B0301030005）和广东省特支计划（2021TQ06N119）等项目资助。

研究简介：

空肠弯曲菌作为一种重要的食源性致病菌，会引起人类腹泻等严重的胃肠道疾病，该菌不仅耐药性强，毒力因子多，而且还会生成生物膜，因此急需寻找有效防控方式。该研究分离得到了一株新型空肠弯曲菌噬菌体vB_CjeM_WX1 ，该噬菌体对空肠弯曲杆菌有较强的裂解能力、广泛的宿主裂解范围及较强的环境耐受性，可用于食品加工中空肠弯曲菌的有效防控。

研究背景：

空肠弯曲菌（Campylobacter jejuni）是一种革兰氏阴性食源性致病菌，该菌感染人类会引起腹泻、发烧、呕吐等症状，甚至会引起严重的神经系统疾病，如格林-巴利综合征，对公众健康构成重大威胁。空肠弯曲菌可以在食品加工设备表面，如不锈钢、玻璃和塑料等材料上形成生物膜。这些生物膜难以通过常规的消毒方法清除，对食品安全造成影响，同时也导致巨大的经济损失。为了解决由生物膜造成的污染问题，有必要对有效的防控方法进行研究。

王涓课题组的研究聚焦于空肠弯曲菌噬菌体的防控能力。研究旨在回答一个关键问题：空肠弯曲菌噬菌体是否对空肠弯曲菌起具有较强的裂解能力且适用于食品加工、禽类养殖等环境。

研究方法及结果：噬菌体分离鉴定和在不同基质对空肠弯曲菌的防控能力

1.噬菌体的分离纯化

本研究从禽类肠道中分离到一株新型的空肠弯曲菌噬菌体并将该噬菌体命名为vB_CjeM_WX1（WX1）。 从图1中可以观察到噬菌体菌斑的边缘光滑，直径仅为1-2毫米，呈现出明亮的透明度，表明该噬菌体具有强烈的裂解能力。透射电镜显示，噬菌体WX1的头部为二十面体，尾部有伸缩的尾巴和明显的基板，头部的尺寸为长102.72±4.16 nm，宽93.38 ±7.87 nm，尾部的尺寸为长63.35±6.19 nm，宽26.37±8.2 nm。根据国际病毒分类委员会最新病毒分类系统的标准，该噬菌体属于肌尾病毒。

图1噬菌斑与噬菌体的形态

2.全基因组测序

为了验证所分离的噬菌体是否为新型噬菌体，所以对噬菌体WX1进行基因组测序。使用Illumina Nextseq 550测序平台对WX1进行因组测序，然后利用SPAdes v.3.13.1拼接软件对序列进行拼接，并通过NCBI BLASTn确定该噬菌体与已报道噬菌体的相似度。经预测，该噬菌体基因组大小为177,978 bp，GC含量为24%，含有207个开放阅读框（ORF），其中有102个ORF是已知功能的蛋白编码基因。这些ORF可以分为结构功能域、裂解功能域、DNA代谢功能域、DNA注射功能域及其他功能域，通过比较噬菌体 WX1 与噬菌体 CP220 和噬菌体 CPt10 的基因组，发现 DNA 代谢、结构、包装、辅助代谢基因、裂解等区域存在相似性。通过ANIm分析噬菌体WX1的新颖性，结果通过热图的形式来呈现，从图3可知，噬菌体WX1与所知的噬菌体相似度＜95%。

图2 噬菌体WX1的基因组的相关信息

图3 ANI软件分析的结果

3. WX1 表现出良好的生理特性，即使在高温 （70°C）、酸性 （pH = 4）、碱度 （pH = 12）、NaCl 浓度 （1000 mM） 等极端条件下也能保持活性，并且对紫外线的照射耐受长达 50 min，从生长曲线可知，噬菌体WX1的潜伏期为20 min，裂解期为40 min，裂解量为13 PFU/cell。

图4 噬菌体的生理特性

4.噬菌体 WX1 抑制了 NZCYM 肉汤中多药耐药、高毒力和强生物膜空肠弯曲菌 178-2B 的生长，并大大减少了不锈钢、聚乙烯和玻璃表面的生物膜形成。此外，噬菌体 WX1 在 48 小时内将鸡皮中空肠弯曲菌的数量降低到检测限以下，因此，噬菌体 WX1 可用于食品加工环境和家禽养殖中对空肠弯曲菌的控制。

图5 噬菌体WX1抑制空肠弯曲菌178-2B的生长

图6 噬菌体WX1抑制聚苯乙烯中空肠弯菌生物膜的形成

图7 噬菌体WX1抑制玻璃底部和不锈钢空肠弯菌生物膜的形成

图8 扫描电镜观察噬菌体裂解后的空肠弯曲菌生物膜

图9 人工污染

综上所述，在这项研究中，描述了一种新分离的噬菌体，名为 vB_CjeM_WX1 对空肠弯曲杆菌的裂解能力。WX1 是一种新的噬菌体，扩展了空肠弯曲菌噬菌体库的范围。它具有优异的性能，包括广泛的宿主范围、对极端环境条件的强烈抵抗力和高抗菌能力，且显著减少空肠弯曲杆菌生物膜量。同时，WX1不携带毒力基因和耐药基因。因此，本研究中分离的噬菌体 WX1是一种很有前途的针对空肠弯曲菌的生物防治剂。

科研启示：噬菌体防控应用前景广阔

该研究对空肠弯曲菌的生物防控剂开发具有重要意义。研究首次发现了一株新型空肠弯曲菌WX1，并证明该噬菌体能显著降低空肠弯曲菌的数量和减少生物膜的形成。在未来，基于此类研究的噬菌体防控产品有望成为市场的下一个热点，通过在食品工业环境或禽类养殖中的应用以降低病原菌的数量。

参考文献链接：

https://kwnsfk27.r.eu-west-1.awstrack.me/L0/https:%2F%2Fauthors.elsevier.com%2Fa%2F1k6jOcF3iJ6jb/1/01020193375e2bfe-02aa64b8-6812-46ef-9a3f-1fc58b3771b9-000000/3qDwDvjYqweuqiTgltvYe4w9Ggs=400

作者简介：

通讯作者

王涓，研究员，博士生导师。国家重点研发计划课题负责人，“广东特支计划”科技创新青年拔尖人才，中国研究型医院学会细胞外囊泡研究与应用专业委员会委员，广东省食用菌行业协会第四届专家委员会委员。致力于食源性致病菌的危害形成机制、高通量快速检测及防控技术研究。获广东省科技进步奖特等奖（2021）、中国食品科学技术学会技术进步一等奖（2022、2020）、中国轻工业联合会科学技术进步奖一等奖（2022）、安徽省科学技术奖二等奖（2021）等。主持国家重点研发计划课题（2项）、广东省基础与应用基础研究重大项目课题等国家及省部级重大重点项目及课题多项。近5年以第一作者/通讯作者（含共同）在Chemical   Engineering Journal，Biotechnology Advances，Critical Reviews in Food Science and Nutrition 等期刊发表SCI论文26篇（一区Top文章13篇，IF>10论文4篇，IF>5论文19篇）；申请PCT专利14件，获授权国家发明专利66件；取得软件著作权 1 件；参与制定行业标准1项。

第一作者

肖铠姗，生物与医药硕士，华南农业大学与广东省科学院微生物研究所联合培养研究生。主要研究方向是食源性致病菌的危害形成机制和防控方法的开发。以第一作者在International Journal of Food Microbiology发表SCI论文1篇，申请国家发明专利1件。