噬菌体衍生酶在提升食品安全中的应用

1.噬菌体衍生酶的种类与作用机制

噬菌体裂解酶在噬菌体复制末期降解细菌细胞壁，使子代噬菌体释放。针对革兰氏阳性菌的裂解酶通常含 N 端酶活性域和 C 端细胞壁结合域，而针对革兰氏阴性菌的裂解酶结构较简单，常缺乏明显的细胞壁结合域。解聚酶则降解细菌多糖，如荚膜多糖、胞外多糖和脂多糖，促进噬菌体感染。空穴蛋白在细菌内膜形成孔洞，使裂解酶接触并降解肽聚糖，引发细胞裂解。跨膜蛋白在革兰氏阴性细菌中起关键作用，介导内外膜融合，确保细胞完全裂解。

图1 各类噬菌体酶的示意图

图2 细菌细胞壁的结构和噬菌体酶相互作用示意图

2.噬菌体衍生酶在生物膜控制中的应用

生物膜是细菌细胞群体被自产多聚基质包裹形成的有序结构，具有强抗生素耐药性。噬菌体衍生酶能有效破坏生物膜，解聚酶通过降解胞外多糖等生物膜基质成分，增加细菌对抗生素和宿主免疫防御的敏感性。例如，Dpo10 解聚酶可靶向降解大肠杆菌 O157:H7 脂多糖，增强补体介导的溶菌作用，显著抑制生物膜形成。裂解酶也能破坏生物膜结构，重组裂解酶 LysCSA13 可有效减少金黄色葡萄球菌在多种表面的生物膜。

3.噬菌体衍生酶的协同抗菌作用

噬菌体衍生酶与其他抗菌物质组合可产生协同抗菌效果。与抗生素联用时，解聚酶降解生物膜基质，提高抗生素穿透力和杀菌效果。如解聚酶与氨基糖苷类抗生素联用可克服铜绿假单胞菌耐药性。与精油及抗菌肽联用时，精油和抗菌肽破坏细菌细胞膜，增加其通透性，使噬菌体衍生酶更易接触靶标，增强杀菌效果。此外，与有机酸联合使用可增强抗菌活性，有机酸破坏细菌膜并抑制生物膜形成，为噬菌体衍生酶提供更好的作用环境。

4.噬菌体衍生酶在食品安全中的实践应用

在农业和食品加工中，噬菌体衍生酶可用于收获前的动物干预，降低细菌负荷，减少食源性病原体在动物中的传播。在收获后处理中，可用于食品表面消毒和保鲜，如乳制品、肉类和即食食品中，裂解酶和解聚酶可靶向溶解细菌细胞壁和生物膜基质，减少污染。在表面消毒和包装方面，噬菌体衍生酶可替代传统化学消毒剂，用于食品加工环境的清洁和消毒，有效去除生物膜，降低交叉污染风险。

5.噬菌体衍生酶面临的挑战与展望

噬菌体衍生酶在食品工业中的广泛应用面临诸多挑战，如在高温、pH 波动和食品添加剂存在等加工条件下稳定性欠佳，活性易降低。同时，重组酶的合成和纯化成本较高，限制了大规模应用。此外，法规审批复杂，需全面评估其安全性和有效性，特别是潜在的免疫原性、过敏原性及与食品成分的相互作用。尽管如此，噬菌体衍生酶凭借独特抗菌机制，在食品安全领域前景广阔，未来通过先进工程技术和深入研究，有望开发出更有效、可持续的抗菌策略，提升食品质量和安全性，应对耐药细菌感染挑战。

参考文献：

Hong PY, Mathieu J, Cheng H, Narayanasamy S, Castillo DA, Goel R, Alvarez PJ. Phage biocontrol in water treatment and reuse systems: a nascent field with significant innovation opportunities. Curr Opin Biotechnol. 2025 Feb;91:103242. doi:10.1016/j.copbio.2024.103242.