超声处理是一项清除芽孢的有效技术，但其杀灭芽孢的作用机制尚不清楚。这项研究旨在提供关于细菌芽孢对超声波的蛋白质组反应的新见解。此研究从蜡样芽孢杆菌芽孢中提取2485个蛋白质，其中大部分与代谢有关。超声处理后，340个蛋白的表达发生显着变化(倍数变化≥2且p<0.05)，其中207个蛋白显著下调。KEGG通路分析显示超声处理后差异表达蛋白主要分布在代谢通路、细胞加工通路和遗传信息加工通路。此外，研究分析了显着富集途径中差异表达的蛋白质。特别是，超声处理后芽孢磷酸化反应中关键蛋白的表达显着降低。因此，ATP合成率降低，磷酸化反应受到抑制。此外，与三羧酸循环相关的关键蛋白表达的减少导致芽孢营养物质代谢的减少。超声治疗诱导脂肪酸合成酶表达下调，同时促进脂肪酸代谢。芽孢中脂肪酸含量随之下降。

  如图1所示，超声处理30 min后，共有340个差异表达蛋白(DEP)。其中，207个蛋白下调，133个蛋白上调。

  图1 超声处理后鉴定的蜡样芽孢杆菌孢子蛋白水平变化的火山图。

  如图2所示，对超声处理后的340个DEP进行GO分析。从生物过程数据库来看，超声处理后的DEP分为12类，其中以代谢过程、细胞过程和定位为主。68个代谢过程相关蛋白在超声处理后下调(64.15%)，表明超声降低了代谢活性，这可能会提高超声胁迫下孢子的存活率。与定位相关的DEP数量也占大多数。利用分子功能数据库分析，超声处理后的DEP分为8类。其中催化活性、结合活性和转运活性通路变化较多，分别占50.00%、27.81%和17.70%。

  图2 基于超声波处理后蜡样芽孢杆菌芽孢DEP的基因本体(GO)分析的功能分类。红色柱代表上调的DEP数量，而蓝色柱代表下调的数量。

  如图3所示，进行KEGG通路富集。超声处理后的DEP属于细胞过程、环境信息处理、遗传信息处理、人类疾病和新陈代谢。代谢途径占绝多数，包括碳水化合物代谢、能量代谢、脂质代谢、辅因子和维生素代谢、其他氨基酸代谢、核苷酸代谢等。此外，下调蛋白的数量是上调蛋白的两倍以上，这与GO分析结果一致。

  图3 基于超声波处理后蜡样芽孢杆菌芽孢DEP的KEGG通路富集。红色柱代表上调的DEP数量，而蓝色柱代表下调的数量。

  如图4所示，此研究表明超声处理通过蛋白质组反应和分子调节来对抗蜡样芽孢杆菌孢子。共有340个差异表达蛋白，主要分布在代谢、细胞过程和遗传信息处理途径。对显著富集途径的DEP分析表明，孢子主要通过调节能量和碳水化合物代谢途径对超声处理做出反应。然而，磷酸戊糖途径和脂肪酸代谢途径上调。

  图4 超声处理下蜡样芽孢杆菌孢子主要蛋白调控示意图(箭头表示DEPs在相关通路上的上调或下调)。

  参考文献：https://doi.org/10.1016/j.ultsonch.2021.105732