《Food Microbiology》：Metabolomics-Driven Insights into the Multi-Target Antibacterial Mechanisms of 2-Methoxycinnamaldehyde Against Bacillus cereus and Its Application in Pork Preservation
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李新瑞|向仁进|谭宇涵|何飞|黄婷|王佳豪|尹凯|史晓山|王彦祥|涂俊明|夏茜|李静晶湖北省食用野生植物保护与利用重点实验室，湖北省特色野生蔬菜育种与综合利用技术工程研究中心，湖北师范大学，黄石435002，中国摘要蜡样芽孢杆菌是一种主要的食源性病原体，其特征是能够形成强固的生物
李新瑞|向仁进|谭宇涵|何飞|黄婷|王佳豪|尹凯|史晓山|王彦祥|涂俊明|夏茜|李静晶
湖北省食用野生植物保护与利用重点实验室，湖北省特色野生蔬菜育种与综合利用技术工程研究中心，湖北师范大学，黄石435002，中国
摘要
蜡样芽孢杆菌是一种主要的食源性病原体，其特征是能够形成强固的生物膜并且对抗菌药物的抵抗力逐渐增强。本研究从藤黄属植物中鉴定出2-甲氧基肉桂醛（MCA）作为主要的抗菌化合物，并评估了其抑制机制和保鲜潜力。MCA对蜡样芽孢杆菌 ATCC 11778（最小抑菌浓度MIC = 150 μg/mL；最大抑菌浓度MBC = 200 μg/mL）及耐药菌株表现出强烈的抑制作用。体外实验表明，MCA能够诱导浓度依赖性的膜破坏、DNA损伤和细胞内蛋白质泄漏。此外，在1 MIC和2 MIC浓度下处理时，生物膜的成熟过程显著受阻；细胞外蛋白质的分泌减少了45.3%和54.5%，多糖减少了约93%，细胞外DNA（eDNA）减少了超过99%。相应地，生物膜的代谢活性下降了85.9%和90.3%，初始细胞粘附能力降低了88.1%。非靶向代谢组学分析显示，这些表型缺陷源于氨基酸生物合成、三羧酸循环和核苷酸代谢的严重紊乱。分子对接研究表明，MCA通过稳定的氢键和π相互作用靶向多种关键细菌酶，包括核糖核苷酸还原酶、赖氨酰-tRNA合成酶、丙酮酸激酶、甜菜碱醛脱氢酶和5′-核苷酸酶。在冷藏猪肉模型中，MCA在7天内完全消除了蜡样芽孢杆菌，同时显著延缓了pH值的升高和颜色变差。这些发现首次证明了MCA作为抗菌和抗生物膜剂对蜡样芽孢杆菌的有效性，凸显了其在食品保鲜中的潜力。
引言
蜡样芽孢杆菌是一种有害细菌，可导致人类食物中毒。它常见于土壤、灰尘和受污染的食物中，尤其是储存不当的米饭、意大利面、肉类和乳制品（Rodrigo等人，2021年）。这种细菌产生的毒素可引起两种类型的食物中毒：一种导致呕吐和恶心，另一种导致腹泻和腹痛（Yang等人，2023年）。症状通常在摄入受污染食物后几小时内出现，虽然通常较轻，但在幼儿、老年人或免疫系统较弱的人群中可能较为严重。此外，蜡样芽孢杆菌形成生物膜的能力及其日益增强的抗生素抗性进一步加剧了这种菌株的危害，使得感染更加持久且难以控制（Ban-Cucerzan等人，2025年）。
可食用药用植物通过其天然抗菌化合物有效控制食物中的有害微生物。例如，车前草、绒毛桃金娘、辣木、迷迭香、鼠尾草、肉豆蔻、姜黄、大蒜和肉桂提取物已被报道能够抑制蜡样芽孢杆菌的生长（Kim等人，2025年；Li等人，2026年），从而降低食物污染的风险。冬青香茅和菲尼基刺柏的精油对蜡样芽孢杆菌具有很强的抗菌活性，使其成为有前景的天然防腐剂（Didouh等人，2024年）。可食用药用植物天然来源，由于长期食用历史而被普遍认为安全，因此比合成防腐剂更受消费者欢迎。在我们之前的研究中，发现了五种藤黄属植物提取物（“四川大竹”、“陕西安康”、“湖北十堰”、“广西百色”和“安徽太湖”）对蜡样芽孢杆菌具有优异的抗菌能力（Wei等人，2025年）。“安徽太湖”品种具有较高的经济价值和广泛的种植面积，但其对抗蜡样芽孢杆菌的成分尚不明确。
2-甲氧基肉桂醛（MCA）来源于天然植物，具有多种生物活性，如抗菌、抗氧化、抗炎和抗癌作用（Wu等人，2025年）。最新研究表明，MCA对病原微生物表现出显著且广谱的抗菌活性。它通过破坏细菌细胞壁和诱导过量的活性氧生成来抑制耐甲氧西林表皮葡萄球菌（MRSE）的生长和生物膜形成，最终导致细菌死亡（Qian等人，2022年）。此外，针对沙门氏菌肠炎亚种的研究表明，MCA会破坏细胞膜完整性、增加膜通透性、诱导脂质过氧化并干扰DNA功能，表明其具有与食品安全相关的多靶点抗菌机制（Wu等人，2025年）。早期研究还发现，包括MCA在内的肉桂衍生物也能抑制真菌生长和霉菌毒素的产生，进一步凸显了其抗菌潜力（Morozumi，1978年）。然而，目前尚无关于MCA对蜡样芽孢杆菌或其生物膜形成的抗菌活性的报道。
在本研究中，使用超高效液相色谱-电喷雾离子化-串联质谱（UPLC-ESI-MS/MS）技术鉴定了藤黄属植物（安徽太湖）提取物的成分，并确定了这些成分对蜡样芽孢杆菌的最小抑菌浓度（MICs）。通过活细胞/死细胞染色、形态观察以及基因组DNA和蛋白质谱分析进一步评估了主要成分的抗菌活性，并对其抗生物膜活性进行了评估。此外，还通过代谢组学分析了抗菌机制。另外，还使用肉类模型评估了主要成分的抗菌效果。
章节片段
菌株和试剂
本研究使用了四种蜡样芽孢杆菌菌株。ATCC 11778菌株来自湖北省疾病控制与预防中心，另外三种临床分离的β-内酰胺类抗生素耐药菌株（BCL043、BCL047和BCL054）在我们的实验室进行了鉴定和表型确认（Wei等人，2025年）。这三株菌株的耐药性特征已在之前的研究中得到分析（Wei等人，2025年）。BCL043对氨苄西林、阿莫西林和青霉素具有耐药性。
如图1A所示，制备了藤黄属植物提取物，并验证了其对蜡样芽孢杆菌的抗菌潜力，通过UPLC-ESI-MS/MS初步鉴定出活性成分。MIC和MBC的测定结果分别为400 μg/mL和1000 μg/mL（图1B）。生长曲线分析（图1C）证实了浓度依赖性的抑制效应，在≥400 μg/mL时完全抑制了细菌生长。这些结果表明藤黄属植物提取物具有强大的抗菌活性
结论
本研究表明，2-甲氧基肉桂醛（MCA）对敏感和耐药的蜡样芽孢杆菌菌株均具有强烈的抗菌作用。同时，它还表现出优异的抗生物膜活性。从机制上看，MCA诱导了严重的氧化应激、能量耗竭和生物合成停滞，导致细胞结构崩溃。在实际应用中，MCA能够在冷藏猪肉模型中控制蜡样芽孢杆菌的生长，从而有助于肉类的保鲜
夏茜：撰写 – 审稿与编辑、监督、资金获取。李静晶：撰写 – 审稿与编辑、资源协调、资金获取。李新瑞：撰写 – 初稿撰写、方法学设计、实验实施、概念构思。向仁进：撰写 – 初稿撰写、方法学设计、实验实施。谭宇涵：撰写 – 初稿撰写、实验实施、数据管理。何飞：撰写 – 审稿与编辑、监督、数据分析。黄婷：撰写 – 初稿撰写、验证、数据管理。
Fyhrqvist等人，2025年；Kim和Jin，2025年。
? 作者声明没有已知的可能影响本文工作的财务利益或个人关系。
本研究得到了湖北省教育厅的科学研究计划重点项目（D20242504）、湖北省自然科学基金（2025AFD008）、湖北省中央政府指导的地方科技发展项目（2023EGA041和2025CSA104）、湖北师范大学研究生研究创新项目（2026Z033）以及湖北省食用野生植物保护与利用重点实验室开放基金的支持
