Sustainable biofilm control using lactic acid bacteria to disrupt quorum sensing in foodborne pathogens

利用乳酸菌干扰食源性致病菌群体感应实现生物膜可持续控制

来源：Sustainable Food Technology, 2026, Vol. 4, pp. 686–697

《可持续食品技术》，2026年，第4卷，页码686-697

 

摘要

本研究探究食品源乳酸菌无细胞上清液（CFS）干扰AI-2型群体感应（QS）并抑制单核细胞增生李斯特菌、金黄色葡萄球菌生物膜形成的能力。对89株乳酸菌CFS进行哈维弧菌发光筛选，61.8%具有AI-2类似信号，28.1%显著抑制AI-2群体感应；20株活性CFS在亚抑菌浓度下进行生物膜试验，多数可降低单核细胞增生李斯特菌生物膜量，1株可使金黄色葡萄球菌生物膜减少45.4%，且大多不影响浮游生长。结果表明乳酸菌代谢物可靶向干扰生物膜特异性通路，不易诱发耐药性，是替代化学杀菌剂的可持续食源性生物膜控制手段。

 

关键词

乳酸菌；群体感应；生物膜；食源性致病菌；AI-2；可持续控制

 

研究目的

评估乳酸菌无细胞上清液对食源性致病菌AI-2群体感应的干扰能力，明确其抑制单核细胞增生李斯特菌、金黄色葡萄球菌生物膜的效果与机制，开发绿色安全的食品加工环境生物膜防控技术。

 

研究思路

1. 培养89株食品源乳酸菌，制备中和无菌无细胞上清液（CFS）。

2. 采用哈维弧菌生物发光法高通量筛选CFS的AI-2群体感应激活/抑制活性。

3. 测定活性CFS对两种致病菌的最小抑菌浓度（MIC），选定亚抑菌浓度开展试验。

4. 利用Bioscreen C分析仪测定浮游菌生长动力学，排除杀菌效应干扰。

5. 微孔板结晶紫染色法定量检测生物膜形成量，分析群体感应干扰与抗生物膜效果的关联。

6. 统计分析验证效果差异性，解析作用机制与菌株特异性。

 

研究亮点

1. 首次系统筛选食品源乳酸菌对革兰氏阳性食源性致病菌AI-2群体感应的调控活性。

2. 证实乳酸菌CFS可特异性抑制生物膜，且不影响浮游菌生长，不产生强选择压力，不易诱导耐药。

3. 发现抗生物膜效果具有菌株与菌种特异性，对单核细胞增生李斯特菌抑制效果更显著。

4. 提供食品级、绿色可持续的生物膜控制方案，契合食品工业清洁生产需求。

 

可延伸的方向

1. 分离鉴定乳酸菌CFS中发挥群体感应抑制作用的具体活性物质。

2. 探究乳酸菌代谢物对多菌种混合生物膜的抑制效果。

3. 在食品加工表面与真实食品体系中验证抗生物膜实际应用效果。

4. 研究乳酸菌群体感应抑制物与杀菌剂、噬菌体等的协同防控作用。

5. 从基因层面解析乳酸菌干扰致病菌群体感应的分子通路。

 

测量的数据及研究意义

1. AI-2活性数据：89株乳酸菌CFS中61.8%产生AI-2类似信号，28.1%显著抑制AI-2信号，来自图1、表1，意义是明确乳酸菌具有群体感应调控能力，为抗生物膜提供靶点依据。

 

 

2. 最小抑菌浓度（MIC）数据：20株活性CFS对两种致病菌MIC均>50%（v/v），意义是确定亚抑菌浓度，保证后续试验不通过杀菌发挥作用。

3. 浮游菌生长动力学数据：多数CFS不改变致病菌检测时间、最大生长速率、最终OD值，来自表2，意义是证明抗生物膜作用为特异性靶向，非抑制生长。

 

4. 生物膜量数据：多数CFS使单核细胞增生李斯特菌生物膜下降30.4%–58.0%，1株使金黄色葡萄球菌下降45.4%，来自图2，意义是量化乳酸菌CFS的抗生物膜效果，证实应用潜力。

 

5. 相关性数据：浮游菌浓度与生物膜量呈显著正相关（R²=0.83、0.91），来自图3，意义是揭示生物膜形成与浮游菌密度的关联规律。

 

 

结论

1. 食品源乳酸菌可分泌代谢物干扰AI-2群体感应系统，具有激活或抑制两种调控模式。

2. 乳酸菌无细胞上清液在亚抑菌浓度下可显著抑制单核细胞增生李斯特菌、金黄色葡萄球菌生物膜形成，且不影响浮游菌生长。

3. 抗生物膜效应具有菌株特异性，对单核细胞增生李斯特菌的抑制效果整体优于金黄色葡萄球菌。

4. 该策略不产生强选择压力，不易诱发耐药性，是食品加工环节安全可持续的生物膜控制新途径。

 

使用芬兰Bioscreen仪器测量数据的研究意义

使用Bioscreen C Pro全自动微生物生长分析仪，在蜂窝板中连续24小时监测OD600nm，每30分钟自动读数，获得高精度浮游菌生长曲线。通过Baranyi模型拟合得到检测时间、最大生长速率、最终OD值三大动力学参数。其核心意义：一是精准判断CFS是否为亚抑菌浓度，排除杀菌作用干扰；二是客观证实抗生物膜效果并非抑制浮游菌生长，而是特异性靶向生物膜通路；三是高通量平行测定保证数据重复性与统计学效力；四是为“群体感应干扰而非抑菌”的作用机制提供关键定量证据，是本研究结论可靠的核心技术支撑。