牛至精油对抗烟曲霉（Aspergillus fumigatus）的抗真菌机制

《LWT》：Antifungal mechanisms of oregano essential oil against Aspergillus fumigatus

　　迷迭香精油（OEO）对黑曲霉（A. fumigatus）的抑菌效果显著，其EC50为0.32 μL/mL，是六种精油中最强。转录组与代谢组学分析表明，OEO通过调控AFUA_1G16523等10个关键基因，干扰碳（三羧酸循环）和脂代谢（如脂肪酸氧化），导致细胞膜通透性增加、ATP含量下降及ROS积累，最终抑制真菌生长并减少毒素合成。

　　在当前食品储存过程中，由丝状真菌引发的霉变问题一直受到广泛关注。特别是*Aspergillus fumigatus*（烟曲霉）这类病原真菌，其不仅能够迅速污染谷物、坚果、蔬菜等食品，还会产生有毒的次级代谢产物，如黄曲霉毒素，严重威胁人类和动物的健康。因此，开发安全、环保且高效的抗真菌措施成为食品科学和微生物学领域的重要课题。随着研究的深入，植物精油因其天然来源和良好的抑菌效果，逐渐被视为替代传统化学杀菌剂的有潜力的解决方案。本研究重点探讨了牛至精油（Oregano Essential Oil, OEO）对*Aspergillus fumigatus*的抗真菌作用机制，通过整合转录组学与代谢组学分析，揭示了其如何通过调控关键基因网络，影响真菌的细胞膜完整性、代谢通路以及生理状态，从而实现有效的抑制效果。

### 抗真菌效果的评估

在实验中，研究人员对六种植物精油进行了抗真菌活性评估，其中OEO表现出最强的抑制效果。通过计算抑制率和半数有效浓度（EC50）与95%有效浓度（EC95），OEO的EC50值为0.127 μL/mL，远低于其他精油，表明其在低浓度下即可有效抑制*Aspergillus fumigatus*的生长。这一发现为OEO在食品储存中的应用提供了理论依据。此外，OEO的最小抑菌浓度（MIC）为0.32 μL/mL，这一数值表明其具有较高的生物活性和较低的使用浓度要求，从而降低了对环境的潜在影响。

### 对细胞膜结构的破坏作用

OEO对*Aspergillus fumigatus*细胞膜的破坏是其发挥抗真菌作用的重要机制之一。实验结果显示，OEO处理后，真菌的细胞膜通透性显著增加，这从电导率的变化中得到了验证。处理组的电导率比对照组高出24%，表明细胞内离子外流增强，从而破坏了细胞膜的完整性。同时，通过荧光显微镜观察发现，OEO处理后真菌细胞的红荧光强度明显增强，这说明细胞膜受损，导致细胞内容物外泄。此外，OEO还显著增加了细胞内丙二醛（MDA）的含量，MDA是细胞膜脂质过氧化的标志性产物，其升高进一步证明了OEO对细胞膜的氧化损伤作用。

### 对细胞内ATP和ROS的影响

除了对细胞膜的破坏，OEO还显著影响了真菌细胞内的能量代谢和氧化应激反应。实验数据显示，OEO处理后，真菌细胞内的ATP含量下降了50%，表明其能量代谢受到抑制。同时，细胞内的活性氧（ROS）水平显著升高，这可能是由于OEO的抗氧化作用导致的。ROS的积累会引发细胞内的氧化损伤，进一步削弱真菌的生存能力。此外，OEO处理还显著改变了真菌的代谢物组成，如脂肪酸氧化产物中的2-羟基癸二酸含量减少，而TCA循环中间产物如苹果酸和异柠檬酸的含量也明显降低，这些变化可能与OEO对碳代谢和脂质代谢的干扰有关。

### 转录组学与代谢组学的整合分析

为了更全面地理解OEO的作用机制，研究人员结合了转录组学和代谢组学的分析方法。转录组学结果显示，OEO处理后，*Aspergillus fumigatus*中出现了2701个显著差异表达的基因（DEGs），其中包括1255个上调基因和1446个下调基因。这些基因主要参与了核糖体、色氨酸代谢、类固醇合成、糖酵解/糖异生等通路。而代谢组学分析则揭示了OEO对细胞内代谢物的显著影响，共发现了666个显著差异表达的代谢物（DEMs），其中176个上调，490个下调。这些代谢物主要涉及碳代谢、氨基酸代谢、脂质代谢以及辅因子和维生素代谢等关键过程。

进一步的整合分析表明，OEO对真菌的基因表达和代谢物水平之间的关系具有显著的调控作用。其中，有十个关键基因（AFUA_1G16523、AFUA_6G02450、AFUA_8G05985、AFUA_3G11510、AFUA_7G01000、AFUA_5G14210、AFUA_1G09890、AFUA_5G00310、AFUA_5G00300、AFUA_7G01010）与多个关键代谢物之间表现出强烈的正负相关性。这些基因和代谢物的协同变化进一步说明了OEO如何通过影响基因表达和代谢通路，最终导致真菌的生理功能紊乱和死亡。

### 分子对接与靶点预测

为了进一步探索OEO的作用机制，研究人员还进行了分子对接实验，预测了OEO中的主要活性成分——百里香酚和香芹酚——与*Aspergillus fumigatus*中关键基因编码蛋白的结合情况。结果显示，百里香酚和香芹酚与这三个基因的蛋白具有较低的结合能，表明它们能够稳定结合并发挥较高的生物亲和力。其中，AFUA_7G01010和AFUA_7G01000的结合能低于-6 kcal/mol，说明其与OEO成分的结合更为紧密，可能是OEO发挥抗真菌作用的重要靶点。然而，仅凭分子对接的预测结果不足以完全确认这些基因的功能，还需通过进一步的实验验证，如分子动力学模拟、Western blot分析和基因工程手段。

### 抑制真菌毒素合成

除了对真菌生长的抑制，OEO还显著降低了*Aspergillus fumigatus*的真菌毒素合成能力。实验中发现，OEO处理后，与黄曲霉毒素生物合成相关的基因和代谢物表达水平均显著下调，表明其不仅能够抑制真菌的生长，还能减少其产生有害物质的能力。这一发现为OEO在食品储存中的实际应用提供了额外的保障，即在抑制真菌的同时，还能降低其对食品的毒害风险。

### 实验方法与数据分析

在实验方法上，研究人员采用了多种技术手段，包括抗真菌活性测定、生理特性分析、转录组测序、代谢组分析以及分子对接等。通过这些方法，研究人员能够从多个层面全面评估OEO对*Aspergillus fumigatus*的影响。在数据处理方面，采用了主成分分析（PCA）和方差分析等统计方法，确保实验结果的可靠性和可重复性。同时，通过RT-qPCR验证了关键基因的表达变化，结果与转录组测序数据一致，进一步支持了OEO对这些基因的调控作用。

### 实际应用与未来研究方向

本研究的结果表明，OEO作为一种天然抗真菌剂，具有较高的应用潜力。其不仅能够有效抑制*Aspergillus fumigatus*的生长，还能破坏其细胞膜结构、干扰其能量代谢和氧化应激反应，并降低其产生毒素的能力。这些特性使其在食品储存过程中具有广泛的应用前景，尤其是在需要避免使用化学杀菌剂的场合。然而，尽管本研究已经揭示了OEO的作用机制，但仍需进一步研究其具体作用靶点和分子作用路径，以便开发更高效、更安全的抗真菌策略。此外，还需要探索OEO与其他天然抗真菌剂的协同作用，以及其在不同食品环境下的稳定性与有效性，从而为实际应用提供更全面的理论支持和技术保障。

### 结论

综上所述，OEO对*Aspergillus fumigatus*的抗真菌作用主要通过破坏细胞膜结构、干扰碳和脂质代谢、降低ATP水平以及诱导ROS积累等多重机制实现。这些机制共同作用，导致真菌的生理功能紊乱，最终抑制其生长和毒素合成。本研究构建了一个全面的“基因-代谢物-表型”通路图谱，为理解OEO的抗真菌机制提供了新的视角。未来的研究可以进一步探索OEO在不同环境条件下的作用效果，以及其与其他天然抗菌物质的协同作用，从而推动其在食品储存和保鲜领域的实际应用。