蜡样芽孢杆菌的毒力——芽孢、毒素、生物膜

蜡样芽孢杆菌是一种常见的食源性病原菌，能够引起两种胃肠道疾病，即腹泻和呕吐。食品工业尤其关注由于芽孢、生物膜的形成以及肠毒素或呕吐毒素而导致食品安全问题。本文揭示了毒素、芽孢与生物膜之间可能的联系。

蜡样芽孢杆菌产芽孢

作为一种公认的食源性病原体，蜡样芽孢杆菌广泛分布在环境中，并通过其芽孢或营养细胞引起胃肠道疾病，如腹泻和呕吐。其芽孢具有高度的抗性，能够耐受极端环境条件（如高温、冻融、干燥及辐射），这使得它在食品加工过程中成为一个重要的安全隐患。芽孢的抗性和发芽能力受培养基、温度、pH值和水活度等因素的影响。

蜡样芽孢杆菌产毒素

蜡样芽孢杆菌的致病性由多种毒素驱动，包括肠毒素溶血素BL（HBL）、非溶血性肠毒素（NHE）、细胞毒素K（CytK）及呕吐毒素等。肠毒素引起的腹泻通常发生在细菌侵入肠道后，而呕吐则由食物中预先形成的毒素引起。此外，鞘磷脂酶、外泌蛋白酶和溶血素等毒力因子也被认为是其致病性的重要因素。其中，产毒基因的表达受环境因素的显著影响，如温度、碳源和氧气。

蜡样芽孢杆菌形成生物膜

此外，蜡样芽孢杆菌还能够形成生物膜，这在食品生产和加工中为其提供了潜在的污染源。生物膜是微生物在表面上的群落，能够帮助细菌在不利环境中生存。蜡样芽孢杆菌的生物膜基质主要由蛋白质、碳水化合物和DNA组成，可以保护细胞免受环境压力的影响。相比漂浮状态的细胞，生物膜中的细胞具有更强的生存优势，包括降低代谢速率和提高细胞内DNA的转移率。蜡样芽孢杆菌可在静态和流动环境中形成多种类型的生物膜，包括气液界面生物膜、浸没生物膜和表面漂浮生物膜。

三者的联系

有研究揭示了枯草芽孢杆菌中生物膜形成与芽孢形成之间复杂的调节关系，这一机制可能在蜡样芽孢杆菌中也存在，但尚需验证。例如，枯草芽孢杆菌的Spo0A缺失突变体表现出生物膜形成缺陷，而Spo0A是芽孢形成的关键转录因子，暗示芽孢形成和生物膜发育可能是相互关联的。Spo0A的作用可能通过负向调节AbrB来影响生物膜形成。其他研究表明，Spo0A突变体在缺乏基质的情况下也表现出生物膜基质产生延迟，从而揭示了芽孢形成与基质生成之间的联系。此外，ComER在枯草芽孢杆菌和蜡样芽孢杆菌的生物膜形成与早期芽孢形成中起着积极作用，而多功能蛋白YabA则可能通过过度磷酸化促进芽孢形成，抑制生物膜的形成。磷酸化在这些过程中的重要性进一步强调了基因调控网络的复杂性。PlcR是一个关键的转录调节因子，参与细胞间通讯，并通过调节生物表面活性剂的产生抑制生物膜形成。PlcR还增强了与肠毒素和其他毒力因子（如溶血素和磷脂酶C）相关基因的转录，但不影响呕吐毒素的合成。CodY是另一个重要的全局调节因子，它抑制生物膜的形成，同时可能间接促进肠毒素的产生。AbrB与Spo0A共同调节生物膜形成，并在抑制呕吐毒素生成方面发挥作用。RpoN缺失突变体显示生物膜、芽孢和肠毒素产生受损。此外，鞭毛组装基因flhA参与细胞粘附，并可能影响蜡样芽孢杆菌的毒力。

参考来源：

Huang Y, Flint SH, Palmer JS. Bacillus cereus spores and toxins - The potential role of biofilms. Food Microbiol. 2020 Sep;90:103493. doi: 10.1016/j.fm.2020.103493.