IGEM文献分享 | 一种新型壳寡糖衍生物（COS-All-Tio）在虾保鲜中的潜在应用

1. 论文基本信息

论文名称：

Antibacterial activity and action mechanism of a novel chitosan oligosaccharide derivative against dominant spoilage bacteria isolated from shrimp Penaeus vannamei

作者：

X.-Y. Wei, W. Xia, T. Zhou

期刊：

Letters in Applied Microbiology

发表日期：

2022年

主要内容：

本研究旨在探索一种新型壳寡糖衍生物（COS-All-Tio）在虾保鲜中的潜在应用。研究从南美白对虾（Penaeus vannamei）中分离出六种主要腐败菌，并发现COS-All-Tio对这些菌株具有显著的抗菌活性，尤其是对腐败能力最强的Shewanella putrefaciens RMS1。研究揭示了COS-All-Tio通过破坏细菌细胞膜的完整性来抑制细菌生长的作用机制，并发现其与食品防腐剂（ε-聚赖氨酸盐酸盐）联合使用时具有显著的协同抗菌效果。因此，COS-All-Tio在虾保鲜中具有潜在的应用价值。

本次阅读目标：

探索COS-All-Tio对虾类腐败菌的抗菌活性及其作用机制。研究COS-All-Tio与食品防腐剂的协同抗菌效果。

2. 研究背景

海鲜（尤其是虾和鱼）富含营养和水分，容易腐败，导致营养价值和经济价值下降。

腐败菌的种类和数量受养殖环境、捕捞方式和季节等因素影响，但通常只有少数几种细菌在腐败过程中占主导地位。

Shewanella属细菌被认为是许多海鲜腐败的主要原因，即使在极端条件下（如低pH、低温和厌氧环境）也能强烈腐败海鲜。

壳寡糖（COS）是一种天然多糖，具有抗菌、抗氧化、生物相容性和可降解性等特性。

壳寡糖衍生物因其较低的粘度和更高的水溶性，在食品和医药领域受到广泛关注。通过化学修饰可以显著提高壳寡糖的抗菌活性。

作者实验室制备了一种新型 COS 衍生物 COS-All-Tio，结构如下：

3. 实验方法

2.1 壳寡糖抑菌验证

从腐败的南美白对虾（Penaeus vannamei）中分离出6种主要腐败菌，通过16S rDNA测序和系统发育分析，鉴定为：

Ø Shewanella putrefaciens (RMS1, S2)

Ø Pseudomonas weihenstephanensis (P1)

Ø Pseudomonas gessardii (P2)

Ø Aeromonas bestiarum (A1)

Ø Aeromonas molluscorum (A2)

其中，Shewanella putrefaciens RMS1表现出最强的腐败能力。

使用抑菌圈测定法、最小抑菌浓度（MIC）和最小杀菌浓度（MBC）评估COS-All-Tio的抗菌效果。

与壳寡糖（COS）和ε-聚赖氨酸盐酸盐（e-PLH，阳性对照）进行比较。

2.2 壳寡糖抗菌机制研究

通过测量细菌悬浮液的电导率、紫外吸收（260 nm）和Na+/K+-ATP酶活性，评估COS-All-Tio对细菌细胞膜完整性和通透性的影响。

使用扫描电子显微镜（SEM）观察细菌形态变化。

2.3协同抗菌测试：

研究COS-All-Tio与食品防腐剂（柠檬酸、ε-聚赖氨酸盐酸盐和山梨酸钾）的协同抗菌效果。

4. 主要实验结果

① COS-All-Tio对所有6种腐败菌均表现出显著的抗菌活性，且效果优于壳寡糖（COS），但略低于ε-聚赖氨酸盐酸盐（e-PLH）。以Shewanella putrefaciens RMS1为例，COS-All-Tio的MIC值为0.5 mg/mL，而COS的MIC值为2 mg/mL。

② COS-All-Tio通过破坏细菌细胞膜的完整性，导致电解质（如K+、Na+）和核酸（DNA、RNA）的泄漏，从而抑制细菌生长。

Ø 电导率和紫外吸收（260 nm）的增加表明细胞膜通透性增强。

Ø Na+/K+-ATP酶活性的显著增加表明细胞膜受损严重。

Ø SEM图像显示，COS-All-Tio处理后的细菌细胞表面出现明显裂缝和损伤，细胞形态严重扭曲。

③ COS-All-Tio与食品防腐剂（如ε-聚赖氨酸盐酸盐）联合使用时，表现出显著的协同抗菌效果。当COS-All-Tio浓度为400 μg/mL时，与ε-PLH联合使用可完全抑制细菌生长（CFU/mL为0）。

Concentration of the food preservatives was 50 lg ml 1 . Concentration of COS-All-Tio in I-III was 100, 200 and 400 lg ml 1 , respectively.

5. 研究结论

① COS-All-Tio对南美白对虾中的主要腐败菌具有显著的抗菌活性，尤其是对Shewanella putrefaciens RMS1。其抗菌机制主要通过破坏细菌细胞膜的完整性和通透性实现。

② COS-All-Tio与食品防腐剂（如ε-聚赖氨酸盐酸盐）联合使用时，表现出显著的协同抗菌效果，这为虾类保鲜提供了潜在的应用方向。

③ COS-All-Tio对RAW264.7巨噬细胞和HepG2细胞无毒性，进一步支持其在食品保鲜中的安全性。

6. 启示

将COS制成COS-All-Tio，再将COS-All-Tio与其他保鲜技术（如冷藏、包装）或其他形式（涂抹、乳剂）结合应用，进一步提高其商业价值。