一、研究团队

本论文由我校食品药品学院苏可盈老师作为第一作者牵头完成，合作团队成员包括：

广州工商学院：苏可盈、吴乐成、林雅婷、李倩、刘华

华南理工大学：张学武教授（通讯作者）

马来西亚理科大学：Cheng Laihoong教授（通讯作者）

研究依托广州工商学院实验平台，并得到珠海世通超高压技术应用研究院有限公司的大力支持。该研究获得广东省教育厅青年创新人才项目（2025KQNCX113）、广东省普通高校特色创新项目（2024KTSCX151）及广东省重点学科建设提升项目（2024ZDJS090）的资助支持。

二、研究背景

食品安全关乎每个人的健康。传统化学防腐剂（如苯甲酸盐、山梨酸盐等）虽然广泛使用，但存在过敏、致癌副产物及破坏肠道菌群等潜在风险。世界卫生组织（WHO）已将抗菌素耐药性（AMR）列为全球十大公共卫生威胁之一，每年约导致70万人死亡，预计2050年可能达到1000万人。

抗菌肽（AMPs）是一类天然存在的小分子活性肽，因其广谱抗菌活性、低耐药性和环境友好性，被视为替代传统防腐剂和抗生素的理想候选者。微藻作为高效、可持续的抗菌肽储备源，具有蛋白质含量高、培养成本低、环境友好等优势。莱因衣藻（Chlamydomonas reinhardtii）是一种经典的模式微藻，具有已测序基因组、快速生长、高蛋白含量等特点，是发现新型抗菌肽的理想材料。

三、主要研究发现

3.1 抗菌活性筛选：TC3-10组分表现最佳

研究人员采用胰蛋白酶、木瓜蛋白酶及其混合酶对莱因衣藻蛋白进行水解，并通过超滤分级获得9个肽组分，系统评估了其对沙门氏菌的抑制作用。结果显示，胰蛋白酶-木瓜蛋白酶混合水解的 3–10 kDa 组分（TC3-10）表现出最强的抗菌活性，在0.25–1 mg/mL 浓度范围内对沙门氏菌的抑制率达 40.24%–46.36%。

图1 莱因衣藻蛋白水解物各肽组分对沙门氏菌的抑制率（来源：Fig. 2）

如图1所示，TC3-10在四个浓度梯度下均表现出显著的抗菌活性，其中在 0.25 mg/mL 浓度下即可达到约 46% 的抑制率。值得注意的是，大分子量组分（>10 kDa）的抑制效果较弱，部分甚至出现“负抑制”现象（即促进细菌生长），提示小分子肽更具抗菌活性潜力。

3.2 细胞膜破坏机制：流式细胞术证实

为揭示TC3-10的抗菌机制，研究人员采用碘化丙啶（PI）染色结合流式细胞术评估肽组分对沙门氏菌细胞膜完整性的影响。PI是一种只能进入膜破坏细胞的荧光染料，因此PI阳性细胞比例可直接反映膜损伤程度。

图2 流式细胞术分析TC3-10对沙门氏菌细胞膜完整性的影响（来源：Fig. 3）

如图2所示，随着TC3-10浓度的增加，PI阳性细胞（P4，膜损伤细胞）的比例从对照组的18.51%逐步上升至最高浓度的49.58%，呈现明显的浓度依赖性。这一结果有力地证明了TC3-10通过破坏细菌细胞膜来发挥抗菌作用。

3.3 细胞内效应：内容物泄漏与酶活性变化

研究进一步通过多项生化指标探究了TC3-10对细菌内部环境的影响。

图3 TC3-10处理后沙门氏菌培养液电导率随时间变化曲线（来源：Fig. 4）

电导率实验（图3）显示，TC3-10处理组的培养液电导率显著高于对照组，且在处理2小时后达到峰值，表明肽组分导致细菌细胞膜透性增加，细胞内离子大量泄漏。

图4 TC3-10对沙门氏菌蛋白质含量、核酸泄漏、AKP活性及Na⁺/K⁺-ATPase活性的影响（来源：Fig. 5）

图4的四个子图分别揭示了TC3-10的多维度抗菌机制：

（a）蛋白质含量：随肽浓度增加而递增，表明细胞内蛋白质泄漏加剧。

（b）核酸含量：从对照组的87 μg/mL显著上升至最高浓度的118 μg/mL，增幅36%，直接证明细胞膜通透性增大。

（c）碱性磷酸酶（AKP）活性：在高浓度组显著升高，说明肽组分破坏了细菌细胞壁/膜结构，导致周质空间酶释放。

（d）Na⁺/K⁺-ATPase活性：呈现最为显著的浓度依赖性下降，从对照组的12.5 U/mg降至最高浓度的1.2 U/mg，抑制率高达90%，表明肽组分严重干扰了细菌的离子稳态维持。

3.4 分子对接：鉴定关键活性肽EWRPF

研究人员进一步采用计算机模拟（in silico）方法，通过生物信息学工具筛选和分子对接模拟，从TC3-10组分中鉴定出关键活性肽EWRPF。该五肽与沙门氏菌的两个关键靶点蛋白——LuxS蛋白（密度感应相关）和Gyrase A（DNA螺旋酶）——均表现出强亲和力。

图5 肽EWRPF与靶点蛋白5v2w（LuxS）和5ztj（Gyrase A）的预测结合口袋（来源：Fig. 6a-b）

如图5所示，紫色区域为预测的分子对接口袋，两个蛋白均呈现多个潜在结合位点。

图6 肽EWRPF与靶点蛋白的三维结合构象（来源：Fig. 6c-d）

三维结合构象（图6）显示，肽EWRPF稳定地嵌入两个蛋白的结合口袋中。与LuxS蛋白（5v2w）的对接亲和力为-132.4 kcal/mol，形成6个氢键和2个π-堆积作用；与Gyrase A（5ztj）的对接亲和力为-133.6 kcal/mol，形成2个氢键和3个π-堆积作用。

图7 肽EWRPF与靶点蛋白的二维相互作用图（来源：Fig. 6e-f）

二维相互作用图（图7）详细展示了肽EWRPF与各氨基酸残基之间的氢键网络和疏水作用。与LuxS结合时，肽与Lys238、His118、Ser96、Asp274、Glu17等残基形成多个氢键；与Gyrase A结合时，与Leu581、Val583、Val787、Arg338等残基产生疏水作用和氢键结合。

四、研究意义

本研究具有以下重要意义：

1. 首次证据：提供了莱因衣藻蛋白水解物中存在抗菌肽的首个系统性证据。

2. 新型天然防腐剂：为开发安全、可持续的天然生物防腐剂奠定了理论基础。

3. 多机制抗菌：肽EWRPF同时具备细胞膜破坏和细胞内靶点干扰的双重功能，有助于降低耐药性风险。

4. 方法创新：创新性地将传统实验方法与计算机模拟相结合，为抗菌肽研究提供了新范式。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.fochx.2025.103140

稿件来源：食品药品学院

初审：陈超烊

复审：杨春敏

终审：欧仕益