在众多食品安全问题中,微生物及其生物被膜引发的食品污染在国际上被公认为首要问题。微生物在自然界及人工环境中有两种生存策略,游离态与生物被膜,生物被膜中又存在单菌种生物被膜及混合生物被膜两种方式。金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus,以下简称“金葡菌”)是常见的食源性致病微生物,具有流行广、形成被膜能力强、耐药性强和致病性强等特点。目前缺乏对金葡菌游离态、单菌种生物被膜及混合生物被膜三大生存策略的研究。而对上述三大策略中各自的调控机制是治理金葡菌引发的污染的前提和关键。本课题从食品管道流动环境出发,采用模拟流体模型,从转录水平探究金葡菌在游离态、单菌种生物被膜及混合生物被膜(选取食品发酵真菌假丝酵母)三大生存策略中所共享及特有的调控机制。(一)金葡菌生物被膜流体模型的建立及分析方法建立金葡菌单菌种生物被膜培养的流体模型,并对金葡菌游离态增殖及单菌种生物被膜形成过程进行阶段性细化,生物被膜分为初期粘附期(8 h)、成熟期(2 d)及脱落分化期(14 d),游离态则分为早对数期(2 h)、晚对数期(6 h)及平台期(2 d);同时建立金葡菌与假丝酵母体外生物被膜模型。使用微阵列技术,对游离态及生物被膜态的MRSA USA300株进行全局转录情况分析,注释后富集至细胞增殖代谢、TCS、生物被膜形成、耐药性及毒力因子五种生物学过程亚类中。(二)金葡菌生物被膜不同形成阶段的特征金葡菌单菌种生物被膜处于初期粘附期时,金葡菌高效摄取培养环境中的葡萄糖,并显著下调胞内以次级代谢产物为碳源的水解供能强度至游离态的30%;积累丙氨酸、谷氨酸并增加对环境中Fe和Na~+的主动摄入;激活lytSR介导的“程序性”自溶,促进对基底的粘附;下调LuxS系统降低荚膜多糖75%的主动合成水平,此时胞外基质以Pls、FnBPs和及PIA为主;此时生物被膜表现出对四环素、磷霉素的耐药性并上调γ-溶血素、凝固酶、白细胞毒素LukD及A型肠毒素的合成。金葡菌单菌种生物被膜处于成熟期时,金葡菌间对氧气产生竞争,以糖酵解途径分解碳源,激活HrcA-DnaK调节通路应对菌群温度变化;积累丙氨酸、谷氨酸、天冬氨酸,同时激活QS系统,通过激活agr操纵子和epiB的表达控制菌群密度;上调saeRS、srrAB并下调arlRS操纵子表达,增强生物被膜对基底的粘附性;ClfB及荚膜多糖合成水平恢复至接近游离态金葡菌的合成水平;下调毒力因子及耐药相关蛋白合成水平。金葡菌单菌种生物被膜处于脱落分化时,残留的粘附态金葡中,增加对环境中多肽的主动摄取,同时体内继续积累谷氨酸、丙氨酸及天冬氨酸;胞外基质成分以ClfB、荚膜多糖及PIA为主,主动下调80%的FnBPs的合成水平(相对初期粘附期及成熟期);提高了胞内对耐药、毒力因子的整合重组效率,上调流产感染蛋白、I型肠毒素、1型/5型外毒素的合成水平。此外,在金葡菌单菌种生物被膜形成过程中,agr系统调控的FnBPs和LuxS系统调控的荚膜多糖的有一定的“互补代偿”作用,维持生物被膜结构稳定。(三)金葡菌与假丝酵母混合生物被膜中金葡菌的生长特征6.在金葡菌与假丝酵母形成的混合生物被膜中,相对于单菌种生物被膜,金葡菌通过PEP:PTS系统摄入碳源,以半乳糖醇、N-乙酰胞壁酸及海藻糖等代谢产物为主,降低约80%的葡萄糖摄入;Atl及CidAB诱导的自溶水平及Fts家族蛋白诱导的分裂过程旺盛,相关基因上调超过400%,多糖基质核心PIA合成受抑制,形成FnBPs依赖型生物被膜;下调70%β-内酰胺类抗生素耐药基因的表达水平,上调溶血素、杀白细胞毒素、肠毒素及特异性免疫显性抗原合成水平。综上,无论是在金葡菌的单菌种生物被膜及金葡菌与假丝酵母形成的混合生物被膜中,金葡菌通过主动调节摄入的环境碳源种类、调节体内多种氨基酸代谢及合成水平、激活TCS系统控制种群密度、调节agr-LuxS系统调控的生物被膜基质合成以及采取不同的毒素分泌和耐药策略,维持生物被膜对基底的粘附性及自身的稳定性。