外源L-半胱氨酸对单核细胞增生李斯特菌生物膜形成和运动能力的影响

近期，一项发表在《Foods》杂志上的研究揭示了外源L-半胱氨酸及其通过CtaP转运蛋白在李斯特菌生物膜形成、游动和蜂群运动中的重要作用。

研究背景

单核细胞增生李斯特菌是一种革兰氏阳性菌，能够在有氧和无氧条件下生存。它通过污染食品传播，引发严重的李斯特菌病，尤其对孕妇、新生儿、老年人和免疫力低下者构成严重威胁。李斯特菌能够在食品加工环境中快速形成生物膜，这种生物膜结构使其对消毒剂和抗生素具有更强的抵抗力，增加了控制和清除的难度。

L-半胱氨酸是一种重要的含硫氨基酸，对细菌的生长和代谢有显著影响。此前的研究已经表明，L-半胱氨酸的代谢和运输在其他细菌的生物膜形成和运动能力中起着关键作用，但在单核细胞增生李斯特菌中的具体作用尚不清楚。因此，本研究旨在探讨外源L-半胱氨酸及其通过CtaP转运蛋白在李斯特菌生物膜形成和运动能力中的作用。

研究方法

实验菌株和培养条件

研究使用了单核细胞增生李斯特菌10403S野生型（WT）及其CtaP基因敲除突变株（∆ctaP）。实验中使用了基础培养基（DM）和不同浓度的L-半胱氨酸补充培养基。通过在30°C和37°C下培养，研究了不同温度对细菌生长和生物膜形成的影响。

生物膜形成实验

生物膜形成实验通过结晶紫染色法进行。实验结果显示，L-半胱氨酸的补充显著促进了WT和∆ctaP的生物膜形成，尤其是在较高浓度下。此外，生物膜的形成与细菌的生长呈现负相关，即在L-半胱氨酸浓度较高时，虽然细菌生长受到抑制，但生物膜形成却更加显著。

运动能力实验

研究还评估了L-半胱氨酸对李斯特菌游动和蜂群运动能力的影响。实验中，研究人员在不同温度下观察了细菌在半固体琼脂平板上的运动情况。结果显示，L-半胱氨酸的补充对WT的蜂群运动能力有显著影响，尤其是在30°C下，低浓度L-半胱氨酸（1.57 mM和3.67 mM）显著降低了WT的蜂群运动能力，而高浓度（6.51 mM和12.21 mM）则有所恢复。此外，L-半胱氨酸的补充对WT的游动运动能力也有显著影响，尤其是在3.67 mM浓度下，游动运动能力显著增强。

转录组分析

为了深入了解L-半胱氨酸和CtaP在生物膜形成和运动能力中的作用机制，研究人员进行了转录组分析。分析结果显示，L-半胱氨酸的补充显著影响了与生物膜形成、鞭毛组装和趋化性相关的基因表达。例如，与生物膜形成相关的基因bdlA在L-半胱氨酸补充条件下显著下调，而与鞭毛组装相关的基因flhA和flhB则显著上调。

研究结论

本研究揭示了外源L-半胱氨酸及其通过CtaP转运蛋白在单核细胞增生李斯特菌生物膜形成和运动能力中的重要作用。研究发现，L-半胱氨酸的补充能够显著促进生物膜的形成，尤其是在较高浓度下。此外，L-半胱氨酸的补充还对李斯特菌的游动和蜂群运动能力产生了显著影响，这种影响具有浓度依赖性。

转录组分析进一步揭示了L-半胱氨酸和CtaP在生物膜形成和运动能力中的作用机制。L-半胱氨酸的补充影响了与生物膜形成、鞭毛组装和趋化性相关的基因表达，这可能是其影响生物膜形成和运动能力的分子基础。

这些发现不仅为理解李斯特菌在食品加工环境中的生存和传播机制提供了新的视角，也为开发新的控制策略提供了理论依据。未来的研究可以进一步探索L-半胱氨酸在李斯特菌中的具体作用机制，以及如何利用这些发现来开发更有效的生物膜控制方法。

参考文献：1、Yilmaz Topcam MM, Prayoonwiwat N, Bruschi C, Karatzas KAG. Exogenous L-Cysteine and Its Transport Through CtaP Play a Role in Biofilm Formation, Swimming Motility, and Swarming Motility of Listeria monocytogenes. Foods. 2025;14(11):1845. Published 2025 May 22. doi:10.3390/foods14111845