AgNPs@γ-CD-MOFs/PLA复合薄膜包装对感染Pseudomonas tolaasii的Agaricus bisporus菌中细菌性褐斑病的调控机制

《Food Bioscience》：Regulatory mechanism of AgNPs@γ-CD-MOFs/PLA composite film packaging on bacterial brown blotch disease in Agaricus bisporus infected with Pseudomonas tolaasii

　　银纳米粒子负载γ-环糊精金属有机框架/聚乳酸复合膜通过调控色氨酸代谢抑制香菇褐斑病，其作用机制包括降低色氨酸合成酶基因表达、减少色氨酸及其代谢产物含量，同时增强酚类物质积累和细胞膜稳定性，有效延缓病原菌诱导的褐斑进程。

　　
本研究针对平菇（*Agaricus bisporus*）贮藏期褐斑病防控难题，系统揭示了新型复合薄膜（AgNPs@γ-CD-MOFs/PLA-8，简称F8）通过代谢调控抑制病原菌（*Pseudomonas tolaasii*）的分子机制。研究团队采用多组学联用技术，结合材料特性与代谢组学数据，构建了从微生物抑制到宿主代谢稳态的完整调控链条，为功能食品包装材料的开发提供了创新思路。

在材料设计层面，F8薄膜通过整合银纳米颗粒（AgNPs）与环糊精金属有机框架（γ-CD-MOFs）双重功能模块，形成协同抑菌体系。实验发现该复合膜不仅具备物理阻隔病原菌的能力，更通过调节宿主代谢关键节点影响褐斑病进程。通过比较PE、PLA和F8三种包装材料的保护效果，研究证实F8在抑菌活性、气体调控及阻隔性能方面均表现最优，其中银纳米颗粒的粒径优化（直径<50nm）显著增强了抗菌效果。

转录组测序结果揭示了F8包装的调控网络特征。KEGG富集分析显示，氨基酸代谢通路（特别是色氨酸分支）被显著调控，其中涉及苯丙氨酸、酪氨酸代谢的关键基因表达量出现差异。通过构建蛋白互作网络（PPI），研究者锁定了TRP5（色氨酸合成酶）、TRPase（色氨酸酶）等核心调控基因，这些基因的异常表达与病原菌诱导的褐斑病进程存在直接关联。

代谢组学分析进一步证实色氨酸代谢途径的核心地位。F8包装组在贮藏第12天时，色氨酸合成关键酶TRP5的基因表达量较PE组降低57%（log2FC=-1.01），较PLA组降低33%（log2FC=-0.57）。这种差异导致下游代谢产物产生显著变化：5-羟色氨酸（5-HT）和褪黑素（MT）水平下降，而吲哚乙酸（IAA）和天冬氨酸等代谢中间体浓度上升。特别值得注意的是，IAA含量增幅达27.8%，这与其作为植物生长调节因子和抗氧化剂的双重功能密切相关。

在微观结构层面，F8薄膜通过物理阻隔与化学抑菌协同作用，有效延缓病原菌分泌的毒素（如tolaasin）对宿主细胞膜的破坏。实验数据显示，F8包装组细胞膜完整性指标（膜电位、跨膜阻抗）较PE组提升42%，且酪氨酸酶活性抑制率达78.6%。这种结构特性与代谢调控形成互补，共同构建了立体防护屏障。

研究创新性地建立了"微生物-宿主-材料"三位一体的作用模型。病原菌分泌的毒素通过激活宿主色氨酸代谢通路，触发酪氨酸酶活性升高和酚类物质异常积累，最终导致褐斑病发生。F8薄膜通过双重机制阻断该通路：一方面直接抑制病原菌增殖（抑菌率>90%），另一方面通过调节色氨酸代谢关键节点（如降低TRP5表达），使5-羟色氨酸和褪黑素等信号分子浓度控制在生理安全阈值内。这种协同调控机制较传统抑菌包装材料（如PE、PLA）展现出更强的代谢干预能力。

在应用层面，研究证实F8薄膜可使平菇货架期延长至12天以上，褐斑病发生率降低至5%以下。其优势主要体现在：1）纳米级银颗粒通过释放Ag+离子抑制酶解活性；2）环糊精模块吸附代谢中间产物，防止其异常积累；3）PLA基体提供适度的氧气阻隔和湿度调节。这种多功能集成设计突破了单一抑菌材料效能不足的局限。

该研究对功能食品包装材料开发具有重要指导意义。首先，验证了金属有机框架材料在食品包装中的潜在应用价值，其次建立了代谢调控网络与材料性能的关联模型。研究团队特别指出，通过调控色氨酸代谢可以同步实现抗褐变和增强抗氧化能力，这为开发多功能保鲜材料提供了理论依据。

未来研究可进一步探索代谢调控网络的时序变化规律，以及不同环境因素（如pH、氧气浓度）对调控效果的交互影响。此外，通过基因编辑技术验证关键代谢酶的功能，将有助于建立更精准的调控体系。本研究为食品保鲜领域提供了从微观机制到宏观应用的完整研究范式，对推动活性包装材料的发展具有重要参考价值。