新突破！李斯特菌通过单基因“超表达”化身“成膜高手”，食品加工厂隐匿威胁再升级

在食品安全与公共卫生领域，单增李斯特菌因其强大的环境适应性与生物被膜形成能力，长期构成重大挑战。近期发表于《Microbiological Research》的一项开创性研究，首次通过实验进化方法，成功诱导出具有极强生物被膜形成能力的李斯特菌变异株。该研究不仅揭示了细菌快速进化以适应表面的惊人潜力，更关键地鉴定出一个此前被忽视的基因lmo1799，其过度表达是驱动生物被膜形成能力跃升的核心分子机制。这一发现为理解李斯特菌在食品加工环境中的持久性提供了全新视角，并对开发针对性防控策略具有重要意义。

实验进化“速成”生物被膜高手，生物量激增7倍

研究团队设计了一套巧妙的“珠子传递”实验进化系统，模拟了细菌在表面定植、形成生物被膜、分散、再定植的自然循环过程。以标准参考菌株EGDe和一株分离自食品的高突变菌株FBR16为起点，经过仅4至6周的循环选择，便成功分离出了进化变异株。

结果令人震惊：与原始菌株相比，进化株的生物被膜形成能力提升了3至7倍。更为关键的是，这种增强能力并非源于生长速度的变化，而是表现为附着能力的显著提升——进化株在孵育初期（数小时内）即开始快速形成生物被膜。这种快速定植的特性，极大地增加了其在食品加工设备表面建立“据点”并持续污染食品的风险。

细胞表面疏水性增强是关键表型，驱动对不同材料的差异化附着

研究进一步探究了进化株附着能力增强的物理基础。细胞表面疏水性测定显示，无论是在指数生长期还是稳定期，进化株的疏水性均显著高于其祖先菌株。

这种表面性质的改变直接影响了它们对不同材料的附着偏好：

塑料：进化株在气-液界面（侧面载玻片）的生物膜活菌数比原始株高出近1个对数级，表现出极强的定植优势。

不锈钢：同样观察到附着增强。

玻璃：由于玻璃表面亲水，进化株并未表现出附着优势。

这清晰地表明，进化株通过增加自身疏水性，更倾向于附着在食品工业中常见的疏水或弱疏水表面（如塑料、不锈钢），从而增强了其在加工环境中的持久留存潜力。

核心机制锁定：Lmo1799蛋白的“超表达”是决定性因素

为揭示进化背后的分子机制，研究团队对进化株进行了深入的蛋白质组学和基因组学分析。

蛋白质组学结果显示，在两种进化株中，Lmo1798和Lmo1799蛋白的表达量均发生数十至数百倍的惊人上调。其中，Lmo1799尤为引人注目：它是一个含有226个Ala-Asp串联重复序列的推定肽聚糖结合蛋白，其C端带有典型的LPXTG细胞壁锚定基序，暗示它被锚定在细胞表面发挥作用。

基因组学分析在EGDe进化株中发现了两个关键突变：在lmo1799基因上游约200碱基处插入了一个单碱基（T），以及在该基因内部的重复序列区域发生了42个碱基的框内缺失（导致重复序列从226个减至219个）。其中，上游的单碱基插入被认为是驱动lmo1799基因过度表达、进而引发一系列表型变化的关键“开关”。

基因功能验证：缺失上游突变或lmo1799基因，强成膜能力即丧失

为确证Lmo1799的功能，研究者在进化株背景下构建了两种突变体：

EGDe EV P(AN)：仅将上游启动子区域恢复为原始序列，保留lmo1799基因内部的缺失突变。

EGDe EV P(AN) Δlmo1799：在恢复上游启动子的基础上，完全敲除lmo1799基因。

表型验证实验给出了决定性证据：

生物被膜形成：两种突变体的生物被膜形成能力均大幅下降，恢复到与原始株相似的低水平。

表面疏水性：在指数生长期，突变体的表面疏水性也显著降低。

这一系列反向遗传学实验强有力地证明，lmo1799基因的过度表达是进化株获得强生物被膜形成能力和高表面疏水性的直接原因。上游的单碱基插入通过某种机制（可能影响启动子效率）打开了这个“开关”。

研究启示与展望：Lmo1799——一个潜在的防控新靶点

本研究首次系统地展示了李斯特菌通过实验进化快速获得强生物被膜表型的能力，并成功解析了其核心机制。Lmo1799作为一个此前功能未知的蛋白，被确立为调控细胞表面特性及生物被膜形成的关键因子。其独特的Ala-Asp重复结构域和细胞壁锚定特性，使其在改变细菌表面电荷、促进与疏水表面相互作用中扮演了核心角色。

这项发现具有多重重要意义：

警示意义：它揭示了李斯特菌在食品加工环境的持续选择压力下，存在通过简单遗传变异（如单碱基插入）迅速进化、增强环境持久性的现实风险。

机制新知：为理解李斯特菌生物被膜形成的遗传基础增添了全新的一环，Lmo1799可能与已知的InlA、BapL等表面蛋白协同或独立发挥作用。

潜在应用：Lmo1799及其调控通路可能成为未来开发新型抗生物被膜制剂（如抑制剂）或设计更有效清洗消毒方案的潜在靶点。

未来研究需要进一步探索Lmo1799蛋白的具体生化功能、其过度表达影响表面疏水性的精确机制，以及这一变化对李斯特菌抵抗消毒剂、低温等食品加工环境常见胁迫能力的影响。持续监测食品加工环境中李斯特菌种群是否存在类似的基因变异，对于评估和预警新型持久性菌株的出现至关重要。

参考文献：[1]Bombelli A, Crespo Tapia N, Tempelaars MH, Boeren S, den Besten HMW, Abee T, Liu Y. Evolution of Listeria monocytogenes to a strong biofilm producer via the overexpression of Lmo1799. Microbiol Res. 2026 Feb;303:128379. doi: 10.1016/j.micres.2025.128379. Epub 2025 Oct 27. PMID: 41187561.