【摘 要】
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铁氧化物是土壤的重要组成成分,它在土壤环境中的普遍存在和所具有的胶体性质,深刻影响细菌在土壤中的行为和归趋。在铁氧化物与细菌相互作用的过程中,矿物可通过物理接触和产生氧化压力影响土壤细菌活性。食源性病原菌能通过畜禽粪便和废水进入土壤环境,它们在土壤中的持留与存活常造成众多食源性疾病的爆发。考虑到铁氧化物是土壤中最具活性的组分之一,以及它具有的抗菌性,揭示食源性病原菌对铁氧化物的响应机制,对于理解这
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铁氧化物是土壤的重要组成成分,它在土壤环境中的普遍存在和所具有的胶体性质,深刻影响细菌在土壤中的行为和归趋。在铁氧化物与细菌相互作用的过程中,矿物可通过物理接触和产生氧化压力影响土壤细菌活性。食源性病原菌能通过畜禽粪便和废水进入土壤环境,它们在土壤中的持留与存活常造成众多食源性疾病的爆发。考虑到铁氧化物是土壤中最具活性的组分之一,以及它具有的抗菌性,揭示食源性病原菌对铁氧化物的响应机制,对于理解这些病原菌在土壤中的命运以及防控食源性疾病的爆发具有重要的意义。然而,到目前为止,对于食源性病原菌响应铁氧化物的分子机制,特别是在单细胞水平,还知之甚少。因此,本研究选取代表性食源性病原菌——大肠杆菌O157:H7和铁氧化物——针铁矿作为研究对象,采用生物化学分析方法,如2’,7’-二氯二氢荧光素二乙酸酯（DCFH-DA）荧光探针测定胞内活性氧自由基（ROS）水平、Live/Dead细胞染色、二辛科宁酸（BCA）法测定细胞总蛋白质浓度等,结合现代仪器设备,如拉曼光谱仪、倒置荧光显微镜、透射电子显微镜、酶标仪等,探究针铁矿对细菌生长、细胞膜完整性和胞内ROS水平的影响,揭示在单细胞水平上细菌对针铁矿的表型响应。获得的主要结果如下:（1）明确了针铁矿抑制大肠杆菌O157:H7生长的浓度和粒径效应。通过测量细菌在600 nm处的光密度(OD600)和总蛋白质浓度发现,随着纳米级针铁矿浓度的提高,细菌的生长逐渐受到抑制;与200 mg/L纳米级针铁矿相比,同浓度的微米级针铁矿对细菌施加的生长抑制效应更强。（2）阐明了针铁矿粒径对大肠杆菌O157:H7细胞膜的完整性和胞内ROS水平的影响。荧光显微图像显示,暴露于供试两种纳米级针铁矿体系,细菌的细胞膜完整程度分别为30.6±3.5%和37.2±4.7%,而微米级针铁矿处理下这一数值更低,仅为18.8±1.1%;对细菌胞内ROS水平进行测量后发现,经纳米级针铁矿处理后,胞内ROS水平显著高于微米级针铁矿的处理。上述结果表明两种粒径针铁矿影响细菌活性的途径可能不同,纳米级针铁矿以产生胞内ROS为主,而微米级针铁矿以损伤细胞膜为主。（3）在单细胞水平上揭示了大肠杆菌O157:H7对纳米级和微米级针铁矿的分子响应机制。病原菌对两种粒径针铁矿的生物分子响应有相似之处:核糖核苷类相关物质积累、蛋白质浓度下降和细胞外膜物质（脂多糖和外膜孔蛋白,LPS＆OMPs）损失。但是由于两种粒级针铁矿抑菌的主要途径可能不同,细菌对它们的分子响应也存在差异。纳米级针铁矿介导下,产生的胞内ROS水平更高,由此导致的RNA损伤可能更严重,使得核糖核苷类相关物质积累更多。同时,细菌对细胞膜损伤的响应,可能促进了细胞能量代谢,使糖原加速分解产生三磷酸腺苷（ATP）,导致糖原浓度下降而ATP浓度上升。相比之下,在微米级针铁矿处理的体系中,由于胞内ROS水平较低,所以核糖核苷类相关物质积累较少。但是此体系下,细胞膜受到的损伤较大,导致LPS＆OMPs的水平下降得更多,由此可能导致细胞内容物严重流失,使糖原分解过程受阻,造成糖原浓度处于高水平而ATP浓度处于低水平。
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