阪崎克羅諾桿菌在食品生產環境中的生存策略與毒力機制

Abstract： Cronobacter sakazakii is a gram-negative pathogenic bacterium with a fatality rate of 40% to 80% . The bacterium has shown strong adaptability in food production environments such as infant formula milk powder， and can survive for a long time through mechanisms such as drying tolerance， heat stress response， and biofilm formation， making it an important source of foodborne infections. The results showed that there was a dynamic coupling relationship between environmental adaptation and virulence expression of the bacterium， and its biofilm formation ability was closely related to a variety of virulence factors. This study focused on the survival strategy and virulence mechanism of Cronobacter sakazakii in the food production environment， explored its threat to neonates and immunocompromised populations， and analyzed the current challenges of prevention and control and the application prospects of new intervention technologies， aiming to provide a theoretical basis and technical breakthrough points for food safety production.

Keywords： Cronobacter sakazakii; survival strategies; virulence mechanisms; food safety; novel intervention technologies

阪崎克羅諾桿菌（Cronobacter sakazakii）是一種革蘭氏陰性致病菌，尤其對新生兒、早產兒及免疫缺陷人群構成嚴重威脅，致死率在 40%～80% 。該菌在食品生產環境（如嬰兒配方乳粉工廠）中展現出極強的環境適應性，可通過干燥耐受、熱應激響應和生物膜形成等機制長期存活，成為食源性感染的重要源頭[1]。近年來，全球范圍內由阪崎克羅諾桿菌引發的感染事件頻發，2024 年加拿大因該菌污染召回嬰幼兒谷物產品，美國食品藥品監督管理局（Foodand Drug Administration，FDA）更將其列為法定報告病原體，凸顯其公共衛生重要性 [2]。

環境適應與毒力表達的動態耦合是阪崎克羅諾桿菌致病性的核心特征。研究表明，干燥脅迫可誘導 OmpA 蛋白超表達，增強其對腦內皮細胞的穿透能力；酸性預適應則通過RpoS（轉錄起始因子）調控膜脂重構，提升巨噬細胞內生存率[3]。其生物膜形成受 bcsG-R 雙模塊系統調控，纖維素基質不僅提供物理屏障，還可作為群體感應信號（如 LuxS/AI-2）的傳遞媒介，協調毒力基因表達。最新蛋白質組學分析發現，EnvZ（膜結合的傳感器激酶）/OmpR（響應調節蛋白）雙組分系統通過調控 MalK 和 GrxC 蛋白表達，影響能量代謝與氧化還原穩態，進而介導干燥耐受和宿主免疫逃逸 [4]。

當前對于阪崎克羅諾桿菌的防控面臨雙重挑戰：① 該菌通過 glpT（編碼基因）等移動遺傳元件獲得磷霉素耐藥性，多重耐藥菌株檢出率逐年上升； ② 傳統消毒手段對生物膜內 VBNC（可存活非可培養）狀態菌株效果有限。2024 年研究提出的雙受體噬菌體雞尾酒療法（如 CR8/S13 組合）通過靶向鞭毛和脂多糖（Lipopolysaccharide，LPS）受體，可延緩耐藥突變并降低宿主細胞侵襲力，為精準防控提供新思路。此外，納米載體包被的群體感應抑制劑和膜電位干擾型抗菌肽等創新技術，通過破壞生物膜 - 宿主界面物質交換，展現出應用潛力[5]。

本文系統分析阪崎克羅諾桿菌環境生存策略與毒力機制的分子互作網絡，結合多組學數據與新型干預技術，為食品安全生產提供理論依據和技術突破點。

1 環境持久性策略的分子機制

阪崎克羅諾桿菌作為一種革蘭氏陰性細菌，因其在極端環境條件下強大的生存能力而受到廣泛關注。該菌在食品生產環境（如嬰兒配方乳粉工廠）中展現出極強的適應性，能夠通過多種分子機制應對干燥、熱應激和酸性環境等挑戰。筆者從干燥耐受與滲透壓響應、熱應激適應與交叉保護、生物膜形成與群體感應等方面探討該菌的環境持久性策略。

1.1 干燥耐受與滲透壓響應

阪崎克羅諾桿菌能夠通過 OpuC 和 ProP 轉運系統有效積累甘氨酸、甜菜堿等滲透保護劑，以維持細胞內的滲透穩態。這些相容性溶質在高滲透壓環境中起到保護細胞膜的作用，使細菌能夠在干燥條件下存活 [6]。外膜蛋白 OmpW 和 OmpA 在調控膜完整性方面發揮著重要作用，OmpW 參與響應高滲透壓，而 OmpA 則能促進生物膜的形成，增強細胞對環境壓力的抵抗力。

RpoS 和RpoN 作為全局調控因子，能激活熱休克蛋白（Hsp20）及鉀離子外排系統（KefA），顯著提升阪崎克羅諾桿菌在極端干燥條件下的存活率。研究表明，在干燥處理后，該菌株的存活率提高了3.5 倍，表明了RpoS/RpoN 通路在干燥耐受中的關鍵作用[7]。此外，Hsp20 的上調有助于細胞在高溫和干燥條件下維持蛋白質的穩定性，從而提高細胞存活率。

1.2 熱應激適應與交叉保護

阪崎克羅諾桿菌中的 thrB-Q 基因簇被認為是增強熱耐受性的關鍵因素。攜帶該基因簇的菌株在58^°C 下的存活率比不攜帶該基因簇的突變株高出3.2 倍。這一基因簇編碼熱穩定酶系，如硫胺素合成酶，能夠幫助細菌在高溫環境中維持代謝活動。

亞致死熱應激（如 45°C 短時暴露）能夠誘導阪崎克羅諾桿菌激活酸（ pH=4.2 ）和滲透壓（ 0.3mol?L^-1NaCl. ）耐受基因。這種交叉保護效應使得細菌在經歷一次壓力后，對其他類型壓力的抵抗力顯著增強。例如，當暴露于亞致死溫度時，細菌能夠通過調節膜脂成分和增強內源性抗氧化酶的表達來提高對后續壓力的耐受能力[8]。

1.3 生物膜形成與群體感應

纖維素合成雙模塊系統方面，阪崎克羅諾桿菌 通 過 bcsG-bcsA 基 因 調 控 胞 外 多 糖（ExopolySaccharides，EPS）的合成，形成生物膜以抵御外部壓力。研究表明，敲除 bcsG 會導致 EPS 減少 67% ，從而顯著降低生物膜形成能力[9]。生物膜不僅提供了物理屏障，還能通過限制抗生素和消毒劑的滲透，提高細菌對環境壓力的抵抗力。

LuxS/AI-2 信號網絡方面，LuxS/AI-2 群體感應信號網絡在協調生物膜成熟與毒力基因表達方面發揮著重要作用。luxS突變株表現出 41% 的黏附率降低，這表明群體感應信號對生物膜形成和宿主黏附能力至關重要 [10]。通過調節毒力基因表達，群體感應使得阪崎克羅諾桿菌能夠在競爭激烈的環境中占據優勢，并有效地抵御宿主免疫系統。

2 毒力表達與宿主互作機制

阪崎克羅諾桿菌作為一種重要的食源性病原體，其致病性和對宿主的侵襲能力主要依賴于其多種毒力機制。這些機制不僅使其能夠在環境中持久存活，還使其在感染宿主后能夠有效地逃避免疫系統的攻擊。

2.1 宿主侵襲與免疫逃逸

阪崎克羅諾桿菌通過外膜蛋白 OmpA 和 OmpX介導血腦屏障的穿透。研究發現，臨床分離株的OmpA表達量比環境株高出3.8 倍，這直接導致了其侵襲效率提升 2.5 倍 [11]。OmpA 不僅參與細菌的黏附過程，還在細菌侵入宿主細胞時發揮重要作用。OmpX 則被認為在細菌與宿主細胞相互作用中起到輔助作用，可促進細菌的定植和侵襲。

阪崎克羅諾桿菌通過 PmrA/PmrB 系統調控脂質 A 的磷酸乙醇胺化，降低 Toll 樣受體 4（Toll-LikeReceptor 4，TLR4）對其脂多糖的識別效率。這種修飾使得細菌能夠減少被宿主免疫系統識別的機會，從而降低白細胞介素 -6（Interleukin-6，IL-6）等炎癥因子的分泌量 [12]。這種免疫逃逸機制使得阪崎克羅諾桿菌能夠在宿主體內生存和繁殖，尤其是在新生兒和免疫缺陷個體中。

2.2 代謝適應性進化

阪崎克羅諾桿菌具備有效的鐵攝取機制，包括Cronobactin 和 Feo 系統，這些系統能夠螯合宿主中的鐵離子，從而抑制中性粒細胞 NETs（胞外誘捕網）的形成。鐵是細菌生長和代謝所必需的重要元素，阪崎克羅諾桿菌通過這些機制有效地從宿主中獲取鐵資源，以支持其生長和繁殖 [13]。

阪崎克羅諾桿菌還具備利用宿主唾液酸的能力，通過 nanA 和 nanK 基因編碼相關酶，使其能夠將唾液酸作為碳源進行代謝。這一特性使得阪崎克羅諾桿菌在腸道中的定植效率提高了4.8 倍，增強了其在宿主體內的競爭力[14]。

2.3 抗藥性與持久性亞群

阪崎克羅諾桿菌通過移動遺傳元件獲得抗藥性，如人糖脂轉移蛋白（Human Glycolipid TransferProtein，GLPT）基因水平轉移導致磷霉素最小抑菌濃度（Minimum Inhibitory Concentration，MIC）升至512μg?mL^-1 。此外，多藥抗性相關基因A（MultidrugResistance-Associated Gene A，MARA）調控多藥外排泵 AcrAB-TolC，使得該菌株對多種抗生素產生耐藥性 [15]。這種耐藥性的增加使得治療由阪崎克羅諾桿菌引起的感染變得更加困難。

在消毒壓力下，阪崎克羅諾桿菌能夠誘導VBNC 狀態，這是一種生存策略。在這種狀態下，該菌株表現出比可培養狀態更高的存活率（提高4.7 倍），并且在巨噬細胞內存活能力顯著增強。研究發現，在 VBNC 狀態下，OmpW 和超氧化物歧化酶（Superoxide Dismutase，SOD）基因表達顯著上調，這有助于細菌抵御宿主產生的活性氧攻擊[16]。

3 存在的問題及防控策略

阪崎克羅諾桿菌是一種重要的食源性病原體，尤其在新生兒和免疫缺陷人群中容易引發嚴重感染。當前的防控策略主要體現在食品生產環節控制和抗生素治療感染兩個方面。通過使用 70^°C 以上的巴氏殺菌工藝，可有效滅活該菌；該菌對頭孢三代（頭孢他啶、頭孢噻肟）及氨基糖苷類（慶大霉素）普遍敏感，臨床治療結合藥敏試驗，優先選擇敏感抗生素可以有效降低治療失敗風險。但隨著耐藥性菌株的增加和對傳統防控措施的局限性認識，開發新型干預技術和策略顯得尤為重要。

但傳統防控技術仍存在一定的局限性。 ① 巴氏殺菌效果不足。巴氏殺菌是食品工業中常用的消毒方法，旨在殺滅細菌以提高食品安全。然而，研究表明，巴氏殺菌對生物膜內菌體的滅活率僅為 82%^[17] 。生物膜中的細菌由于其特殊的結構和生理狀態，能夠更有效地抵御外部壓力，從而導致殺滅效果不佳。此外，阪崎克羅諾桿菌能夠在不利環境條件下誘導可存活非可培養狀態，這些 VBNC 菌株在消毒后仍然可以復蘇，引發二次污染。這一現象使得傳統消毒手段在實際應用中面臨挑戰。 ② 耐藥性風險加劇。近年來，阪崎克羅諾桿菌的耐藥性問題日益嚴重。數據顯示，從 2018 年到 2023 年，磷霉素耐藥株的檢出率從 12% 上升至 37%^[18] 。這種耐藥性的增加不僅使得治療感染變得更加困難，也加大了耐藥基因傳播的風險。耐藥基因通過水平轉移等機制在細菌間傳播，使得原本對抗生素敏感的細菌也可能變得耐藥，從而影響公共衛生安全。

基于上述局限性，相關人員提出了新型干預技術。 ① 雙受體噬菌體療法。研究表明，噬菌體 CR8和 S13 分別靶向細菌的鞭毛（FlgK）和脂多糖，能夠顯著提高生物膜清除率，達到 89%^[19] 。此外，這種組合療法還可以延遲耐藥突變的出現，提高治療效果。通過靶向不同受體，該療法不僅提高了噬菌體對阪崎克羅諾桿菌的感染能力，還降低了細菌對抗生素的耐藥性。 ② 納米載體技術是另外一種新興的抗微生物策略。研究發現，銀納米顆粒負載 N- 乙酰高絲氨酸內酯（N-acylHomoserineLactone，AHL）類似物能夠有效抑制阪崎克羅諾桿菌中的 LuxS 表達，使其群體感應能力降低 280% 。這種抑制作用與頭孢噻肟聯用時，使其最小抑菌濃度降為原來的 1/8^[20] 。這表明納米載體技術不僅能直接抑制細菌生長，還能增強傳統抗生素的效果，為治療提供了新的思路。③ 抗菌肽 LL-37 被認為是對抗阪崎克羅諾桿菌的一種有效手段。研究顯示，LL-37 能夠誘導細胞膜超極化，從而破壞細胞能量代謝，使 VBNC 狀態下的阪崎克羅諾桿菌滅活率達到 99.3% 。這一發現為開發新型抗微生物劑提供了理論基礎，同時也為臨床治療提供了新的選擇。

4 結語

隨著耐藥性問題日益嚴重，對抗性基因傳播機制及其動力學模型的構建顯得尤為重要。通過建立相關模型，可以更好地理解耐藥基因在不同環境中的傳播途徑及其影響因素，從而制訂出更有效的控制策略。此外，這些模型還可以用于評估新型干預措施的有效性，為公共衛生政策提供科學依據。此外，未來的研究應集中開發基于 EnvZ/OmpR 雙組分系統的靶向抑制劑。該系統在調控環境信號與毒力表達耦合中起著關鍵作用，通過阻斷該信號通路，可以有效降低阪崎克羅諾桿菌在宿主內的致病性。對EnvZ/OmpR 系統相關基因進行深入研究，有助于識別新的靶點，為新型抗微生物劑開發提供基礎。同時，結合噬菌體和納米載體技術，開發出更為高效的復合制劑，以提高對阪崎克羅諾桿菌等病原體的控制效果。在這一過程中，需要優化遞送系統，以確保活性成分能夠有效到達目標部位，并發揮最大效能。

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