“海鲜杀手”克星现世！SPuP2噬菌体如何攻克腐败菌“堡垒”，保障海鲜安全？

研究背景

水产品作为重要的动物蛋白来源，在全球食品供应链中占据着举足轻重的地位。然而，据联合国粮食及农业组织（FAO）统计，每年约有30% - 35%的水产品因腐败变质而损失，这不仅造成了巨大的经济损失，还对全球粮食安全构成了严峻挑战。其中，S. putrefaciens是冷藏水产品中的主要腐败菌之一，它能在低温环境下生长并形成生物膜，加速水产品的腐败过程，同时带来潜在的食品安全风险。传统的保鲜方法，如化学防腐剂和物理处理技术，往往存在化学残留、抗药性风险或影响食品品质等问题，难以满足绿色食品产业的发展需求。因此，开发一种既环保又高效的生物控制策略来抑制S. putrefaciens的生长和生物膜形成，对于水产品的保鲜和质量安全至关重要。 

研究内容

噬菌体的分离与纯化：从武汉海鲜市场的商业蛤蜊水中分离噬菌体SPuP2，以S. putrefaciens CICC 22940为宿主菌，采用双层平板法进行分离和纯化，经过多轮筛选获得纯净的噬菌体。

噬菌体的生物学特性分析：通过透射电子显微镜（TEM）观察噬菌体的形态特征；采用一步生长曲线法测定噬菌体的潜伏期和裂解量；利用吸附试验测定噬菌体的吸附率；通过双层平板法测定噬菌体的最佳感染复数（MOI）。

噬菌体的稳定性测试：分别在不同温度（30℃、40℃、50℃、60℃、70℃ 和 80℃）、pH 值（4.0-11.0）、紫外线照射时间和氯仿浓度下，测定噬菌体的滴度变化，评估其稳定性。

噬菌体的基因组分析：采用蛋白酶K-SDS法提取噬菌体基因组DNA，利用Illumina HiSeq 平台进行测序，通过生物信息学工具预测开放阅读框（ORFs）、进行功能注释和比较基因组分析。

噬菌体对S. putrefaciens生长和生物膜的影响：通过测定OD600 nm值评估噬菌体对S. putrefaciens生长的抑制效果；采用结晶紫染色法、共聚焦激光扫描显微镜（CLSM）和胞外聚合物物质（EPS）分析等方法，研究噬菌体对生物膜形成和成熟生物膜的抑制及破坏作用。

噬菌体在草鱼鱼片中的应用效果评估：将草鱼鱼片接种S. putrefaciens后，分别添加噬菌体处理和不添加噬菌体作为对照组，测定在4℃贮藏期间的pH值、挥发性碱性氮（TVB-N）含量、硫代巴比妥酸反应物质（TBARS）值、感官和质地特性以及微生物数量变化。

研究结论

噬菌体SPuP2的形态特征：噬菌体SPuP2具有二十面体的衣壳，尺寸为52.27±1.19 nm，伴有短且可收缩的尾部，长度为8.81±1.53 nm（图1）。

噬菌体SPuP2的生物学特性：噬菌体SPuP2展现出强大的抗菌和抗生物膜活性，其潜伏期仅为10分钟，裂解量高达 49.95±11.53 PFU/CFU，表明其具有高效的宿主感染能力。在环境稳定性方面，SPuP2在30-40℃和pH 5-10的条件下保持稳定的感染能力，但在70℃或极端pH值下会完全失活。基因组分析显示（图2），SPuP2的基因组为线性双链DNA，长度为45,785 bp，平均G + C含量为45.90%，编码51个开放阅读框（ORFs），但未发现任何细菌毒力因子或抗菌药物抗性基因，这为其作为生物控制剂的安全性提供了有力保障。

噬菌体SPuP2对S. putrefaciens生长和生物膜的影响：在抑制生物膜形成方面，SPuP2 在12 小时内显著抑制了生物膜的形成，使OD595 nm 值降低了1.15±0.05，抑制率达到87.06±0.41%（图3A）。在破坏成熟生物膜方面，SPuP2能够有效减少胞外聚合物物质（EPS），降低生物膜的稳定性（图3C），并改变细胞结构，使成熟生物膜的去除率达到 75±0.50%（图3B）。  

噬菌体SPuP2在草鱼鱼片中的应用效果：在4℃贮藏条件下，噬菌体处理显著抑制了S. putrefaciens的生长，降低了TVB-N和TBARS的含量，延缓了鱼片的品质劣变（图4C-D）。与对照组相比，噬菌体处理组的鱼片在贮藏期间的pH值变化更缓慢（图4B），质地、色泽和微观结构也得到了更好的保持，具体表现为硬度、弹性、内聚性和韧性等质地参数的下降幅度减小，亮度（L*）值更高，黄度（b*）值增加更缓慢，且肌肉纤维结构更为完整有序（图4E）。

结论与展望

随着全球人口的增长和生活水平的提高，对水产品的需求不断增加，如何确保水产品的质量安全和延长保鲜期成为亟待解决的问题。传统保鲜方法的局限性促使人们寻求更环保、高效的替代方案。噬菌体作为一种特异性感染和裂解细菌的病毒，具有高度的宿主特异性、低生产成本和较小的抗性风险，为水产品保鲜提供了一种极具潜力的生物控制手段。本研究中发现的噬菌体SPuP2，以其显著的抗菌和抗生物膜活性，为水产品保鲜领域带来了新的希望。未来的研究可以进一步探索噬菌体与其他保鲜技术的协同作用，优化噬菌体的应用条件和剂量，以提高其在实际生产中的保鲜效果和经济可行性。此外，还需要关注噬菌体在不同水产品种类和贮藏环境下的应用效果，以及可能产生的抗噬菌体菌株的出现和应对策略，以确保这一绿色保鲜技术能够长期有效地服务于水产业的发展，为全球食品安全和资源可持续利用做出贡献。

参考文献链接

DOI：10.1016/J.FOODRES.2025.117956