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创新研究 | MALDI Biotyper评估生奶中荧光假单胞菌的生物膜形成风险

来源：布鲁克（北京）科技有限公司分类：行业标准 2024-03-14 18:30:05 65阅读次数

嗜冷假单胞菌

嗜冷假单胞菌是导致生奶在加工和冷藏过程中变质的常见细菌^[1-2]，荧光假单胞菌尤其是造成生奶变质的主要污染菌^[3]。荧光假单胞菌因为能够产生细胞外脂肪酶和蛋白酶，并能在乳制品生产设备和工具的表面形成生物膜而大量繁殖，因此很难被常规的灭菌消杀方法清除，并容易造成生奶的变质^[4]。因此，评估荧光假单胞菌的生物膜形成能力对于预防奶制品变质，降低产品质量风险极为重要。

MALDI Biotyper用于菌株生物膜模型建立研究

本研究中，作者分别从上海和西藏的生奶中分离出23株荧光假单胞菌，对菌株进行了生物膜形成风险和MLST的分析，并通过布鲁克MALDI Biotyper微生物质谱系统采集菌株的全细胞蛋白质指纹图谱，根据生物膜形成风险等级将这些菌株分为不同的组，再将每组菌株的质谱数据随机分为训练组和测试组，用训练组进行多元统计分析来发现与生物膜形成风险相关的标志峰并结合机器学习的方法来建立荧光假单胞菌形成生物膜能力的预测模型，而测试组则用于测试该预测模型的准确性。

图1. 通过MALDI Biotyper建立荧光假单胞菌菌株生物膜形成能力预测模型的示意图

表1. 荧光假单胞菌菌株的生物膜形成风险等级列表

图2.生物膜形成风险不同的四株代表性荧光假单胞菌菌株的质谱图(A)及其局部放大图(B-D)：4-4-1 (Strong), 9-1-1 (Medium), 9-3-1 (Weak 1) and 9-3-7 (Weak 2)；S组和M组的m/z 4534、m/z 5106、m/z 5655、m/z 6085、m/z 9069、m/z 9914和m/z 9965的峰值均较W组上调；S组和M组m/z 6049峰值均下调。S组和M组峰值的变化一致。

图3.基于23个菌株的MLST数据(A)和MALDI Biotyper质谱数据(B)的聚类分析图，可见基于MALDI Biotyper质谱数据的聚类结果与荧光假单胞菌生物膜形成风险等级具有更高的一致性。

表2. 模型对菌株生物膜形成能力的预测结果

小结

本研究开发了一种基于MALDI Biotyper技术的嗜冷假单胞菌风险评估方法，重点针对其生物膜形成能力进行高精度筛选。结果表明，生物膜形成风险不同的菌株在蛋白质指纹图谱上有明显的差别，据此建立的模型可以很好地预测荧光假单胞菌的生物膜形成能力，准确率高达100% ^[5]。此外，该方法在其它具有特定表型的环境分离菌株的快速分型中同样具有极大的应用潜力。

相比传统的基因测序方法，本方法展现出显著优势，能够准确识别具有强或中等生物膜形成能力的菌株。该方法不仅适用于奶制品加工与质量控制，快速识别潜在风险菌株，预防奶制品变质，还可广泛应用于环境微生物学领域。

参考文献

1. Li, N., Wang, Y., You, C., Ren, J., Chen, W., Zheng, H., & Liu, Z. (2018). Variation in raw milk microbiota throughout 12 Months and the impact of weather conditions. Scientific Reports, 8, 2371

2. Meng, L., Zhang, Y., Liu, H., Zhao, S., Wang, J., & Zheng, N. (2017). Characterization of Pseudomonas spp. and associated proteolytic properties in raw milk stored at low temperatures. Frontiers in Microbiology, 8, 2158..

3. Xu, Y., Chen, W., You, C., & Liu, Z. (2017). Development of a multiplex PCR assay for detection of Pseudomonas fluorescens with biofilm formation ability. Journal of Food Science, 82, 2337–2342.

4. Aswathanarayan, J. B., & Vittal, R. R. (2014). Attachment and biofilm formation of Pseudomonas fluorescens PSD4 isolated from a dairy processing line. Food Science and Biotechnology, 23, 1903–1910.

5. Minghui Yan, Liwen Luo, Dandan Li, Zhenmin Liu, Ran Wei, Jia Yi, Liang Qiao, Chunping You. Biofilm formation risk assessment for psychrotrophic Pseudomonas in raw milk by MALDI-TOF mass spectrometry, LWT, 176(2023),114508,ISSN 0023-6438.

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