Characterization of a novel Salmonella enterica serovar Manhattan phage and its inhibitory effects in vitro and in food matrices
一株新型曼哈顿肠炎沙门氏菌噬菌体的鉴定及其在体外和食品基质中的抑制作用
来源：LWT - Food Science and Technology 222 (2025) 117617
1. 论文摘要核心内容
曼哈顿肠炎沙门氏菌是重要的食源性致病菌，对食品安全和公共健康构成重大威胁。噬菌体生物防控作为一种天然、环保的手段，正被越来越多地用于减少食品链中的细菌污染，但目前尚无靶向曼哈顿沙门氏菌的噬菌体相关报道。本研究成功分离并鉴定了一株靶向曼哈顿沙门氏菌的新型噬菌体，命名为vB_Sal_M467。该噬菌体能裂解12种不同的耐药沙门氏菌血清型；形态学和基因组分析显示，其属于尾噬菌体目Kayfunavirus属，基因组为40111 bp的双链DNA，编码内肽酶Rz、穿孔素、溶菌酶等裂解相关蛋白，未携带毒力因子、抗生素耐药基因及RNA编码元件（tRNA/rRNA）；该噬菌体在-20℃~50℃、pH 3~11的范围内保持稳定，裂解量高达158.83 PFU/细胞；体外溶菌试验证实其能有效抑制细菌生长，且在4℃、10℃、25℃条件下，对生菜、牛奶、苹果汁中的曼哈顿沙门氏菌均表现出显著的抑菌效果。综上，该研究结果凸显了vB_Sal_M467作为新型抗菌剂提升食品安全的应用潜力。
2. 关键词
曼哈顿沙门氏菌、噬菌体、基因组分析、生物防控、食品安全
3. 研究目的
① 针对新兴食源性致病菌曼哈顿肠炎沙门氏菌，填补目前无靶向该血清型噬菌体研究的空白，分离获得能高效裂解该菌的新型烈性噬菌体；
② 对分离噬菌体进行全面的生物学特性、基因组学特征鉴定，明确其分类地位、环境适应性、增殖特性及生物安全性；
③ 验证该噬菌体在体外及不同食品基质、不同食品储存/加工温度下对曼哈顿沙门氏菌的抑制效果，为其作为食品生物防控剂的工业化应用提供完整的理论依据和数据支撑。
4. 研究思路
以曼哈顿沙门氏菌MRL040467为宿主菌，从江苏镇江某农场污水样本中分离噬菌体，经5轮双层平板法纯化获得纯培养物；通过透射电子显微镜观察噬菌体形态，通过噬斑试验测定其对69株不同血清型沙门氏菌的宿主范围与裂解能力；开展温度、pH耐受性试验，评估其环境稳定性；优化最佳感染复数（MOI），绘制一步生长曲线，明确其侵染增殖动力学特征；通过芬兰Bioscreen C全自动微生物生长曲线分析仪，测定不同MOI下噬菌体在LB液体培养基中12h的体外溶菌效果；完成噬菌体全基因组测序与生物信息学分析，结合系统发育树构建、全基因组平均核苷酸同一性（ANI）分析，明确其分类地位与基因组安全性；最后在生菜、牛奶、苹果汁三种食品基质中，分别设置4℃、10℃、25℃三个温度梯度，测定不同储存时间点宿主菌的菌落数变化，评估噬菌体的实际食品应用效果；所有实验均设置3次生物学重复，采用SPSS 25.0软件进行单因素方差分析，以P<0.05为差异具有统计学意义。
5. 研究亮点
① 首次分离并鉴定了全球首株靶向曼哈顿肠炎沙门氏菌的烈性噬菌体vB_Sal_M467，填补了该血清型噬菌体研究的空白，拓展了沙门氏菌噬菌体的种质资源库；
② 噬菌体宿主谱广，可裂解12种耐药沙门氏菌血清型，对曼哈顿沙门氏菌、肯塔基沙门氏菌、林登堡沙门氏菌的裂解率达100%，对肠炎沙门氏菌、鼠伤寒沙门氏菌单相变异株等全球主流致病血清型也有良好裂解效果，应用场景覆盖范围广；
③ 生物学特性优异，具有宽温度、pH耐受范围，可适配食品冷链、常温加工等多种场景；同时具备极短的潜伏期（10min）、超大裂解量（158.83 PFU/细胞），且在0.0001的极低MOI下即可实现高效增殖，工业化应用成本优势显著；
④ 基因组层面证实其高安全性，全基因组未检出毒力因子、抗生素耐药基因、溶原相关基因及tRNA/rRNA编码元件，为纯烈性噬菌体，完全符合食品级生物防控剂的安全要求；
⑤ 首次验证了该噬菌体在冷藏、冷链断裂、常温等不同食品流通温度下，对固态生鲜蔬菜、动物源液态食品、酸性饮品三类典型食品均有显著抑菌效果，为其在多品类食品中的应用提供了直接数据支撑。
6. 可延伸的研究方向
① 深入探究噬菌体vB_Sal_M467与宿主菌的互作分子机制，明确其受体识别、侵染裂解的核心通路，为噬菌体基因工程改造、宿主菌抗性防控提供理论基础；
② 开展该噬菌体与其他沙门氏菌噬菌体、植物精油、细菌素等抑菌物质的复配研究，开发噬菌体鸡尾酒制剂，进一步拓宽抑菌谱、提升抑菌效率，降低宿主菌抗性产生风险；
③ 拓展该噬菌体在肉类、水产品、烘焙食品等更多食品基质中的应用研究，优化食品中的噬菌体施用方式、剂量和储存条件，建立适配食品工业化生产的标准化应用方案；
④ 开展该噬菌体的动物体内安全性评价与体内抑菌效果研究，为其从食品终端保鲜延伸至养殖端源头防控、甚至临床耐药菌感染治疗提供数据支撑；
⑤ 开展该噬菌体编码的裂解酶（溶菌酶、内肽酶Rz）的重组表达与纯化研究，开发新型广谱抑菌酶制剂，拓展其在食品、医药领域的应用场景。
7. 测量的数据、研究意义及对应图表
① 噬菌体噬斑形态与超微结构数据：测定了噬菌体vB_Sal_M467的噬斑特征、头部直径（约52.58 nm）、尾部长度（约20.21 nm），数据来自Fig.1（A为噬斑形态图，B为透射电镜图像）。研究意义：明确了噬菌体的基本形态特征，为其分类学鉴定提供了核心形态学依据，证实其属于尾噬菌体目。
② 噬菌体宿主范围与裂解率数据：测定了噬菌体对69株不同血清型耐药沙门氏菌的裂解能力，统计得到总裂解率49.28%，可裂解12种沙门氏菌血清型，数据来自Supplementary Table 1。研究意义：明确了噬菌体的宿主谱宽度，证实其具有广谱抗耐药沙门氏菌活性，可覆盖多种主流致病血清型，拓展了其应用边界。
③ 噬菌体温度耐受性数据：测定了-20℃~80℃处理1h后噬菌体的滴度变化，明确其在-20℃~50℃范围内完全保持活性，70℃以上完全失活，数据来自Fig.2A。研究意义：明确了噬菌体的温度适应范围，证实其可适配食品冷链储存、常温加工等不同温度场景，为其食品工业应用提供了环境稳定性依据。
④ 噬菌体pH耐受性数据：测定了pH 1~12条件下处理1h后噬菌体的滴度变化，明确其在pH 3~11范围内保持稳定，pH<3时完全失活，数据来自Fig.2B。研究意义：明确了噬菌体的酸碱耐受能力，证实其可适配酸性、中性、弱碱性等不同pH的食品基质，为其在多品类食品中的应用提供了关键依据。
⑤ 噬菌体最佳感染复数（MOI）数据：测定了MOI 0.0001~10条件下的噬菌体增殖滴度，明确MOI=0.0001时噬菌体滴度达到峰值8.8 log PFU/mL，为最佳MOI，数据来自Fig.3A。研究意义：确定了噬菌体高效增殖的最佳侵染比例，为噬菌体的大规模发酵生产、食品应用中的最佳施用剂量提供了核心参数。
⑥ 噬菌体一步生长曲线数据：测定了最佳MOI下160min内的噬菌体滴度动态变化，明确其潜伏期约10min，爆发期约30min，50min后增殖趋于稳定，裂解量为158.83 PFU/细胞，数据来自Fig.3B。研究意义：明确了噬菌体的侵染和增殖动力学特征，证实其具有潜伏期短、裂解量大的核心优势，可快速实现对宿主菌的裂解抑制，是其高效抑菌的核心支撑数据。
⑦ 噬菌体体外溶菌效果数据：通过Bioscreen C仪器测定了MOI 0.0001~10条件下，12h内LB培养基中曼哈顿沙门氏菌的OD600nm动态变化，明确不同MOI下噬菌体均能显著抑制宿主菌生长，数据来自Fig.4。研究意义：直接证实了噬菌体在液体培养体系中对宿主菌的高效裂解能力，明确了其抑菌活性的剂量效应，为后续食品应用试验提供了核心的体外活性基础。
⑧ 噬菌体全基因组特征数据：测定了噬菌体全基因组序列，明确其基因组全长40111 bp，G+C含量50.1%，共编码46个CDS，其中25个为功能蛋白编码基因，无毒性因子、耐药基因、tRNA/rRNA编码序列，数据来自Fig.5（基因组圈图）、Supplementary Table 2。研究意义：从基因组层面解析了噬菌体的功能元件，证实其不含溶原相关基因、毒力和耐药基因，为其食品应用的生物安全性提供了最核心的基因组学证据。
⑨ 噬菌体系统发育分析数据：基于噬菌体末端酶大亚基氨基酸序列构建系统发育树，明确该噬菌体与Kayfunavirus属噬菌体聚类于同一分支，数据来自Fig.6。研究意义：从分子进化层面明确了噬菌体的分类学地位，证实其为Kayfunavirus属的新型成员。
⑩ 噬菌体全基因组ANI分析数据：测定了该噬菌体与18株同源噬菌体的全基因组ANI值，明确其与沙门氏菌噬菌体ST66同源性最高（94.39%），与ST34同源性最低（89.66%），数据来自Fig.7。研究意义：进一步验证了噬菌体的分类地位，同时证实其为一株全新的噬菌体，补充了Kayfunavirus属噬菌体的基因组资源。
⑪ 4℃条件下食品基质中噬菌体抑菌效果数据：测定了4℃冷藏时，0~48h内生菜、牛奶、苹果汁中曼哈顿沙门氏菌的菌落数变化，明确噬菌体在三种基质中均有显著抑菌效果，数据来自Fig.8。研究意义：证实了噬菌体在食品冷藏温度下，对固态生鲜蔬菜、液态动物源食品、酸性饮品均有抑菌活性，为其在冷链食品保鲜中的应用提供了直接数据支撑。
⑫ 10℃条件下食品基质中噬菌体抑菌效果数据：测定了10℃储存时，0~48h内生菜、牛奶、苹果汁中曼哈顿沙门氏菌的菌落数变化，明确该温度下噬菌体仍具有优异的抑菌效果，数据来自Fig.9。研究意义：模拟了食品冷链断裂、常温暂存的温度场景，证实该温度下噬菌体可有效降低食品流通环节温度波动带来的致病菌增殖风险。
⑬ 25℃条件下食品基质中噬菌体抑菌效果数据：测定了25℃常温储存时，0~24h内生菜、牛奶、苹果汁中曼哈顿沙门氏菌的菌落数变化，明确常温下噬菌体可快速抑制宿主菌增殖，数据来自Fig.10。研究意义：证实了常温条件下噬菌体的快速抑菌能力，可有效抑制食品常温储存、加工过程中的致病菌快速增殖，为其在常温食品加工、即食食品保鲜中的应用提供了核心依据。
8. 研究结论
① 本研究成功分离并鉴定了全球首株靶向曼哈顿肠炎沙门氏菌的新型烈性噬菌体vB_Sal_M467，经形态学、基因组学和系统发育分析，将其归类为尾噬菌体目Kayfunavirus属；
② 该噬菌体宿主谱广，可裂解12种不同的耐药沙门氏菌血清型，在-20℃~50℃、pH 3~11的宽环境范围内保持稳定，具备潜伏期短、裂解量大、增殖效率高的优势，体外可高效、长效抑制曼哈顿沙门氏菌的生长；
③ 基因组分析证实，该噬菌体全基因组未携带毒力因子、抗生素耐药基因、溶原相关基因及tRNA/rRNA编码元件，在基因组层面具备食品应用的高生物安全性；
④ 该噬菌体在4℃、10℃、25℃三种食品典型储存/加工温度下，对生菜、牛奶、苹果汁中的曼哈顿沙门氏菌均具有显著的抑制效果，在不同食品基质和流通场景中均表现出良好的应用潜力；
⑤ 综上，噬菌体vB_Sal_M467是一株安全、高效的新型沙门氏菌噬菌体，可作为极具潜力的食品生物抗菌剂，用于防控食品中的沙门氏菌污染，保障食品安全。
9. 芬兰Bioscreen仪器测量的微生物生长曲线数据的研究意义详细解读
本研究中使用的是芬兰Bioscreen公司研发的Bioscreen C全自动微生物生长曲线分析仪，该仪器可实现高通量、全自动、实时动态的微生物生长监测，能精准、连续记录微生物培养过程中的OD600nm值变化，完整呈现微生物的生长动态，是食品微生物、微生物防控领域公认的标准化检测设备。本研究中该仪器测得的生长曲线数据（对应Fig.4），核心研究意义如下：
① 实时、动态验证了噬菌体的体外抑菌活性，明确了抑菌的时间动态特征。通过Bioscreen C连续12h、每30min一次的OD600nm实时监测，完整绘制了不同MOI下曼哈顿沙门氏菌的生长曲线，直观证实了从培养初期开始，所有测试MOI（0.0001~10）的噬菌体处理组，沙门氏菌的生长均被显著抑制，OD值远低于未处理的对照组，且整个12h观察期内均未出现明显的细菌反弹增殖，直接、动态地证明了该噬菌体对宿主菌的高效、长效裂解能力，填补了该噬菌体体外抑菌活性的核心数据空白。
② 明确了噬菌体抑菌活性的剂量-效应关系，为后续应用剂量的选择提供了直接依据。Bioscreen C的高通量检测特性，可同时平行检测多个MOI梯度的处理组，精准对比了从极低MOI（0.0001）到高MOI（10）的抑菌效果差异，证实了即使在0.0001的极低感染复数下，该噬菌体仍能实现对宿主菌的显著生长抑制，说明其在极低剂量下即可发挥良好的抑菌效果，大幅降低了其工业化应用的成本，为食品应用中噬菌体的最佳施用剂量提供了直接的体外数据支撑。
③ 为噬菌体的实际食品应用提供了核心的体外活性前提。食品基质中的抑菌效果受食品成分、pH、温度等多种复杂因素干扰，而体外液体培养基中的生长曲线数据，是排除复杂基质干扰后，噬菌体本身抑菌活性的最直接、最纯粹的体现。Bioscreen C测得的生长曲线数据，先在纯培养体系中证实了噬菌体的强效抑菌能力，为后续在生菜、牛奶、苹果汁等复杂食品基质中的应用试验提供了坚实的理论和活性基础，证明了该噬菌体具备食品生物防控的核心潜力。
④ 为噬菌体的裂解动力学特征提供了关键补充验证。一步生长曲线（Fig.3B）明确了噬菌体单循环侵染的增殖、裂解动力学，而Bioscreen C测得的12h生长曲线，则呈现了多循环侵染下，噬菌体对细菌群体生长的长期抑制效果，二者形成完美互补。一步生长曲线证明了噬菌体的快速增殖和裂解能力，而生长曲线则证实了这种能力可转化为对细菌群体的长效、持续抑制，不会在短期内出现宿主菌的抗性爆发，进一步完善了该噬菌体的抑菌特性评价体系，为其作为长效生物防控剂提供了关键数据支撑。
⑤ 为该噬菌体的后续商业化开发提供了标准化、高认可度的行业数据。Bioscreen C仪器是食品微生物领域国际公认的标准化生长曲线检测设备，其测得的数据具有高重复性、高可靠性和行业通用性。使用该仪器获得的抑菌数据，可与行业内其他噬菌体、食品抑菌剂的研究数据进行横向对比，更具行业说服力，也为该噬菌体后续的商业化开发、食品添加剂申报、行业标准制定提供了标准化的核心数据。