大肠杆菌对酸的抗性变化研究

陶森 林对俭 阮世勇

摘 要：由于大肠杆菌具有耐酸性，且乳酸可引起大肠杆菌的亚致死性损伤，故使其成为食品安全领域关注的重要问题之一。了解不同酸性条件下大肠杆菌的生存特点，有助于人们进一步认识其耐酸性的分子机制，从而为制定预防方案和措施提供理论依据。

关键词：大肠杆菌  耐酸性  分子机制

1 大肠杆菌

大肠杆菌广泛存在于自然界中，是人和动物肠道中的正常菌群，一般情况下不会导致人和牲畜患病。但是，大肠杆菌又是条件性致病菌，因此被认为是判断食品工厂中许多食品和制造设备可能受到污染的指示生物。由于大肠杆菌产毒力强，因而致病性强、感染剂量较低，且具有较强的抗酸性——在酸性环境中有较强的抵抗力，所以很容易污染一些酸性或发酵食品，如酸果汁、火腿肠、乳制品、腌制食品等[1]。迄今为止，通常将能够引起人类和动物腹泻的大肠杆菌主要分为4个菌群，即产肠毒素大肠杆菌、肠致病性大肠杆、侵袭性大肠杆菌及肠出血性大肠杆菌。

2 有机酸胁迫对大肠杆菌的影响

因大肠杆菌（O157：H7）对酸的耐受能力较强，而酸性食品又具有耐酸性，故被确定为大肠杆菌的载体[2]。酸性食品中，乳酸是一种提升酸度的常见方式，其可以由某些菌株产生，且普遍存在于各种发酵食品中，如酸奶、泡菜、香肠等。此外，乳酸也常用于食品工业，浓度较高的乳酸常作为抗菌剂来控制食源性病原体的生长[3]。目前，乳酸已被美国食品药品监督管理局（FDA）指定为一类公认安全的食品（GRAS）。作为一种有机酸，乳酸可以在细菌的细胞膜上扩散，然后在细胞内释放质子（H+），而较低的内部pH值会损伤细胞膜、DNA和RNA，进而导致细胞死亡。有报道称，有机酸胁迫可导致大肠杆菌的亚致死损伤[4]。亚致死性损伤则包括DNA、RNA、蛋白质和包膜的可逆性损伤，其往往由不足以破坏细胞的压力所引起。如果从压力条件中去除受损的细菌，则可以使其恢复生理功能并具有完全的毒力，从而对人体健康造成潜在威胁。

2.1 双重胁迫压力对大肠杆菌的交叉保护作用

在一种压力下能够对抗其它压力的能力被称为交叉保护，而大肠杆菌则具有多种交叉保护的能力。通过酸适应的大肠杆菌能够加强对抗其他逆境的能力，如高温、饥饿条件、渗透压等的应激大肠杆菌可以增强抗酸的能力[5]。有研究显示[6]，饥饿条件（25℃）孵育的大肠杆菌（O157：H7）的抗酸能力得到提升——饥饿条件下产生的饥饿休克蛋白能够修复因酸性环境而变性的大分子物质。之所以大部分细菌能产生交叉保护，主要在于细菌能产生一种名为多种保护蛋白的物质，其能够修复因不同条件（化学因子、物理等）而变性的大分子物质。

有文献报道[7]，当pH值在5.0～7.0之间时，大肠杆菌（O157：H7）的生长状况较好;当pH值<4.0时，大肠杆菌（O157：H7）的生长受到了抑制;当pH值<2.0时，大肠杆菌（O157：H7）被全部杀灭。由此不难看出，大肠杆菌（O157：H7）不仅可以抵制酸性环境的影响，且具有较强的耐酸性。根据扫描电镜SEM结果[7]（如图1），因不同酸性环境中pH值不尽相同，O157：H7型大肠杆菌的菌体形状也会呈现出差异性变化，即当培养基的酸性升高时大肠杆菌（O157：H7）的菌体细胞从长杆状变成了短杆状或椭圆状。在不同pH值的乳酸中暴露60min（大肠杆菌O157：H7的pH值为3.0～4.6、大肠杆菌K-12的pH值为3.4～5.0）后，亚致死的大肠杆菌细胞广泛持续存在。随着培养温度的降低，乳酸对大肠杆菌O157：H7和K-12的亚致死比例逐渐下降。乳酸诱导的亚致死性大肠杆菌O157：H7和K-12中，在37℃、60min内可以在胰蛋白酶大豆肉汤中完全恢复[8]。

3 结语

大肠杆菌在适应各种环境压力下（如耐酸、耐冷、耐热、耐高压等）会进化出多种不同的应激响应机制来对抗各种不同的压力信号。其中，大肠杆菌（O157：H7）在酸性环境下的应答使其具有独特的生理功能和较强的耐受酸性胁迫能力。人们从未停止对大肠杆菌进行研究的脚步，并利用SEM观察有机酸对细菌细胞膜的损伤情况，这将为新的抑菌剂的开发提供更多的可能性和理论依据。未来，随着科学技术的迅速发展，大肠杆菌对酸的抗性变化研究将取得更高的研究成果。

参考文献：

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[6] Arnold K W， Kaspar C W. Starvation- and stationary-phase-induced acid tolerance in Escherichia coli O157：H7[J]. Applied & Environmental Microbiology 1995，61（5）： 2037- 2039.

[7] 李小媚，桂榮，钟俊良，等.大肠杆菌O157：H7耐酸性及酸胁迫下菌体形态变化的初步研究[J].食品安全质量检测学报，2018，9（7）：1501-1506.

[8] Shi H， Chen Z， Chen D， et al. Sublethal injury and recovery of Escherichia coli O157：H7 and K-12 after exposure to lactic acid[J]. Food Control， 2017， 82： 190-195.