封面文章
姜黄素介导的光动力技术对牡蛎汁中副溶血性弧菌生物被膜的清除
作者：唐杰峰1,2，陈博文1，陈璐1,2，张涵1,2，王敬敬1,2*，赵勇1*
单位：
1．上海海洋大学 食品学院
2．佛山科学技术学院 食品科学与工程学院
基金项目：
国家自然科学基金项目（3210160807）；广东省自然科学基金项目（20201910240000319）
摘要及关键词
摘要：副溶血性弧菌是水产品中常见的食源性致病菌，本研究以水产品中常见的牡蛎为研究对象，建立了牡蛎汁中副溶血性弧菌生物被膜的生长模型，并采用新型高效的姜黄素介导的光动力灭活（photodynamic inactivation, PDI）技术以清除牡蛎汁中形成的成熟副溶血性弧菌生物被膜。通过结晶紫染色、噻唑蓝[3-(4,5)-dimethylthiahiazo(-z-y1)-3,5-di-phenytetrazoliumromide，MTT]法研究副溶血性弧菌在牡蛎汁以及胰蛋白胨大豆肉汤（trypticase soy broth，TSB）培养基中生物被膜形成能力和细胞活力的差异，并探究PDI处理副溶血性弧菌生物被膜前后的生物被膜量、基因表达水平、细胞形态和被膜结构参数的变化。结果表明，与TSB培养基相比，在牡蛎汁中能够形成细胞活力更强的生物被膜，并且在姜黄素浓度为20 μmol/L、蓝光照射60 min（13.68 J/cm2）条件下，PDI处理对牡蛎汁中形成的副溶血性弧菌生物被膜量清除率>83%。此外，PDI处理还下调了氧化应激相关基因（grx A、sod C）和SOS反应基因（lex A），破坏了生物被膜的三维结构，其生物体积、厚度和质构熵降低，均一性增加。以上结果表明，姜黄素介导的光动力具有良好地清除牡蛎中副溶血性弧菌生物被膜的效果，该研究为预防副溶血性弧菌引起的食源性疾病及水产品保鲜提供了借鉴方法与思路。
关键词：光动力；生物被膜；副溶血性弧菌；姜黄素；牡蛎
主要结论
牡蛎汁与纯TSB培养基相比更利于副溶血性弧菌生物被膜的形成。
a-动态形成能力；b-细菌细胞活力；c-生物被膜的形成图像
图1 不同培养条件下副溶血弧菌生物被膜的动态形成能力、细菌细胞活力以及生物被膜的形成图像
Fig. 1 The dynamic biofilm formation ability of V. parahaemolyticus under different culture conditions, bacterial cell viability and the picture of biofilms
副溶血性弧菌生物被膜在48 h达到成熟阶段，并且在含有牡蛎渗出液的培养环境中形成生物被膜EPS的能力更强，形成更丰富的胞外蛋白、胞外多糖和eDNA。
a-胞外蛋白；b-胞外多糖；c-eDNA含量
图2 不同培养条件下副溶血性弧菌生物被膜的胞外蛋白、胞外多糖和eDNA含量
Fig. 2 The extracellular protein, exopolysaccharide and eDNA content of V. parahaemolyticus biofilm under different culture conditions
使用姜黄素介导的光动力技术处理副溶血性弧菌生物被膜，研究发现不同培养环境下副溶血性弧菌生物被膜清除难易程度由简到易依次为：100%牡蛎汁培养组＞50%牡蛎汁培养组＞TSB培养基培养组，采用20 μmol/L的姜黄素、PDI处理60 min（13.68 J/cm2）对生物被膜的清除效果最佳。以上结果表明，姜黄素介导的PDI对牡蛎汁中形成的副溶血性弧菌生物被膜具有优异的清除效果。
A-TSB培养基；B-50%牡蛎汁；C-100%牡蛎汁
图3 不同PDI处理条件对副溶血性弧菌生物被膜的清除效果
Fig. 3 Inactivation efficacy of V. parahaemolyticus biofilm under different PDI treatment conditions
注：相同环境培养条件下的条形柱子上不同字母表明具有显著性差异（P＜0.05）。
经过光动力处理后，与SOS反应相关的基因lex A下调0.61倍（P＜0.05），与生物被膜氧化应激反应相关的基因grx A、sod C分别上调2.50、3.07倍（P＜0.05），这表明PDI产生的活性氧ROS激发了细胞的抗氧化反应，以抵御PDI的杀菌效果。
图4 生物被膜氧化应激反应相关基因和SOS反应基因在PDI处理时的表达量变化
Fig. 4 Expression level changes of biofilm oxidative stress-related genes and SOS response genes during PDI treatment
注：相同基因条件下两个柱子之间的不同字母代表有显著性差异（P＜0.05）。
光动力处理能够破坏被膜态细胞的结构形态，同时瓦解被膜形成的三维结构。未经PDI处理的生物被膜（图5-a1、图5-b1和图5-c1）均呈现致密紧凑、圆润饱满的特点。经光动力处理60 min（13.68 J/cm2）后，生物被膜结构变得稀疏松散，EPS明显减少，并且部分细胞出现干瘪皱缩的现象（图5-a2、图5-b2和图5-c2）。
a-TSB培养中的生物被膜；b-50%牡蛎汁中培养的生物被膜；c-100%牡蛎汁中培养的生物被膜
图5 姜黄素介导的PDI处理后副溶血性弧菌生物被膜的SEM图像（×5000倍）
Fig. 5 SEM images(×5000) of V. parahaemolyticus biofilm after treated by curcumin-mediated PDI
注：L：60 min照射，C：20 μmol/L姜黄素，L-为未光照，L+为光照处理，C-为未添加姜黄素，C+为添加姜黄素组（下同），a1、b1、c1为对照组L-C-，a2、b2、c2为PDI处理组L+C+。
CLSM进一步验证了PDI处理对副溶血性弧菌生物被膜的清除效果：PDI处理组（图6-a2、图6-b2和图6-c2）中的荧光强度相较于对照组（图6-a1、图6-b1和图6-c1）急剧降低，其生物被膜均呈现稀疏、分散的特点，这意味着PDI处理60 min（13.68 J/cm2）后，生物被膜均大幅度减少。
a1、b1、c1为对照组L-C-，a2、b2、c2为PDI处理组L+C+
图6 通过CLSM分析姜黄素介导的 PDI对副溶血性弧菌生物被膜的清除情况
Fig. 6 Analysis of the inactivation effects of curcumin-mediated PDI against V. parahaemolyticus biofilm by CLSM
团队简介
通
信
作
者
赵勇，博士，上海海洋大学食品学院教授/副院长，博士生导师。2007年入选上海市青年科技启明星，2015年入选上海市曙光学者，荣获2018年中国产学研合作促进奖（个人）、2019年度中国食品科学技术学会科技创新奖——杰出青年奖、2020年全国食品工业科技创新领军人物，2021年入选上海市优秀学术带头人。2023年入选首届浦东新区科技精英。主要研究方向为（1）食品质量安全风险评估；（2）食品质量安全与系统生物学研究；（3）食品微生物分子生态学。已主持包括国家十三五重点专项课题、国家自然科学基金在内的各类科研项目20余项，参与各类科研项目10余项。荣获2020年上海市自然科学二等奖（排名第1）等多个奖项。发表论文300余篇，其中SCI、EI论文150余篇；获得国家授权发明专利15项；参编中外文专著5部。
第
一
作
者
唐杰峰，上海海洋大学食品学院2021级硕士研究生，食品科学与工程专业。研究方向：微生物生物被膜防控。
引用格式
唐杰峰, 陈博文, 陈璐, 等. 姜黄素介导的光动力技术对牡蛎汁中副溶血性弧菌生物被膜的清除[J/OL]. 食品与发酵工业, 2024. DOI:10.13995/j.cnki.11-1802/ts.037468.
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图文供稿| 作 者
编辑排版| 高春雨
内容审核| 陈雅薇
