微生物生長曲線監測系統記錄單核細胞增生李斯特菌在不同處理條件下的生長過程
研究背景：研究了一種結合生物膜降解酶（CAase）和細菌素（嗜熱蛋白110）的新型策略，用于消除單核細胞增生李斯特菌的生物膜，以解決其在食品加工環境中形成的持久性污染問題。李斯特菌因其在生物膜中表現出的強抗藥性和耐受性，已成為全球食品安全的重大威脅。因此開發能夠破壞生物膜并有效殺滅細菌的替代策略具有重要意義。研究人員首先制備了李斯特菌的生物膜，并使用CAase和嗜熱蛋白110分別或聯合處理這些生物膜。結果顯示，CAase能夠有效破壞生物膜的結構，顯著減少生物膜量（p<0.0001），而嗜熱蛋白110則表現出對浮游細菌生長的顯著抑制作用（p<0.0001）。然而聯合使用CAase和嗜熱蛋白110并未顯著增強單一處理的效果，但CAase的生物膜降解能力與嗜熱蛋白110的抗菌活性相結合，為控制李斯特菌生物膜提供了一種潛在的替代方法。oCelloscope通過時間序列成像技術，實時記錄單核細胞增生李斯特菌在不同處理條件下的生長過程。它以30分鐘為間隔拍攝圖像，并通過背景校正吸收（BCAN）算法分析圖像數據，從而生成細菌生長曲線。這種實時監測能力使得研究人員能夠精確評估CAase和嗜熱蛋白110對李斯特菌生長的動態影響。此外通過掃描電子顯微鏡（SEM）觀察發現，嗜熱蛋白110處理后的細菌細胞表面出現明顯的紋理和變形，表明其對細胞壁結構有顯著影響。這一發現進一步支持了嗜熱蛋白110的抗菌機制可能與其對細胞壁的破壞有關。盡管CAase和嗜熱蛋白110的聯合使用并未顯著增強單一處理的效果，但這種組合策略為食品加工環境中李斯特菌生物膜的控制提供了一種潛在的替代方法。
丹麥Biosense微生物生長曲線監測系統的應用
使用oCelloscope微生物動態監測系統監測不同處理條件下李斯特菌的生長情況。在LB肉湯或PBS緩沖液中分別加入CAase、嗜熱蛋白110或其混合溶液。將96孔板加載到oCelloScope中并在30°C下培養25小時。使用oCelloscope UniExplorer（v.12.0）使用帶有BCA（背景校正吸收）分析算法的生長動力學模塊每30分鐘采集10張圖像/孔。OCS UniExplorer軟件V12報告的BCA值作為時間的函數在JMP中制成表格，并生成圖表。通過背景校正吸收（BCAN）算法分析圖像，并計算生長曲線下的面積，以評估處理對細菌生長的影響。
實驗結論
提出了一種結合生物膜降解酶（CAase）和細菌素（嗜熱蛋白110）的新型策略，用于消除單核細胞增生李斯特菌的生物膜。CAase能夠有效破壞生物膜結構，而細菌素（嗜熱蛋白110）則顯著抑制浮游細菌的生長。雖然兩者的聯合使用并未顯著增強單一處理的效果，但這種組合策略為食品加工環境中李斯特菌生物膜的控制提供了一種潛在的替代方法。此外，研究還表明，細菌素110對細菌細胞壁結構有顯著影響，這可能與其抗菌機制有關。未來的研究可以進一步探索這種組合策略在不同環境條件下的應用潛力，并評估其在實際食品加工環境中的效果。
圖1、處理后單核細胞增生李斯特菌生物膜的圖像。這些圖像描繪了過夜處理后的成熟生物膜，如下所示：對照-PBS，CAase-0.1 mg/mL CAase，嗜熱素110–1000 AU/mL嗜熱素110，混合物—0.1 mg/mL CAase和1000 AU/mL嗜熱蛋白110的混合物
圖2、結晶紫測定結果。微量滴定板上的生物膜形成，結晶紫染色后590 nm處的吸光度定量。在590 nm處的吸附繪制在y軸上，處理在x軸上表示。條形代表平均吸光度，誤差條使用3個生物學重復的平均值的1個標準差構建，每個生物學重復有3個技術重復。
圖3、使用oCelloScope微生物動態監測系統監測對微生物生長的抑制作用25小時。使用歸一化背景校正吸收（BCA-N）算法分析微生物生長過程。（A）歸一化背景校正吸收（BCAN）在y軸上繪制在x軸上與時間（以小時為單位）。在25小時內每30分鐘記錄一次分析圖像。這些點表示3個實驗重復的平均值，每個重復包含3個技術重復（n=9），誤差線表示標準差。（B）使用Simpson方法計算每條生長曲線下的面積。
圖4、來自培養基的oCelloScope圖像。來自oCelloScope的圖像，按治療分組為行，按測量時間分組為列。收集最高接種水平的圖像。圖中顯示了培養基中最高接種水平的圖像。
圖5、PBS中最高接種水平的圖像，來自PBS的oCelloscope圖像。圖像顯示來自oCelloScope的圖像，這些圖像按治療分組為行，按測量時間分組為列。隨著時間的推移，當存在嗜熱素蛋白110時，培養基和PBS的細胞密度顯著降低。
總結
單核細胞增生李斯特菌是一種引起李斯特菌病的革蘭氏陽性菌，李斯特菌病是一種嚴重的感染，在全球范圍內導致顯著的發病率和死亡率。它通過生物膜形成在食品加工表面的持久性是一項重大挑戰，因為傳統的消毒劑和抗菌劑對生物膜包埋的細胞的療效有限。本研究研究了一種將工程化多糖降解酶（CAase）與嗜熱鏈球菌產生的細菌素（嗜熱蛋白110）相結合的新方法。實驗室檢測評估了這種組合在破壞生物膜和滅活各種表面的單核細胞增生李斯特菌方面的有效性。結果表明，CAase有效破壞生物膜結構，而嗜熱蛋白110顯著降低細菌生長和活力。初步試驗表明，雙重作用方法為傳統處理提供了一種潛在的替代方案，通過有效控制食品加工環境中的李斯特菌生物膜來提高食品安全。oCelloscope微生物動態監測系統是一種關鍵的實驗技術平臺，用于實時監測和分析李斯特菌在不同處理條件下的生長動態。它為研究CAase和嗜熱蛋白110對浮游細菌生長的抑制效果提供了定量和定性數據。本研究工作提供了一種可能的方法，可以對其進行修改以納入其他抗菌劑，例如芳樟醇，這些藥物可能表現出不同的作用方式。未來的研究將旨在研究CAase和嗜熱蛋白110作為pH值、鹽濃度和溫度的函數的功效，以進一步評估工藝條件，并進一步研究觀察到的細胞壁降解的潛在機制，以了解多糖降解酶和嗜熱蛋白110功效的分子基礎。未來的研究可以進一步探索這種組合策略在不同環境條件下的應用潛力，并評估其在實際食品加工環境中的效果。