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核桃谷蛋白抗菌肽通过代谢途径靶向金黄色葡萄球菌及新型抗菌肽的鉴定
近日，新疆农业大学的研究团队在食品权威期刊《Food Chemistry: X》（IF=8.2）发表题为“Walnut Glutelin antibacterial peptides target Staphylococcus aureus through metabolic pathway and novel antibacterial peptides identification”的研究性论文。该论文由新疆农业大学食品科学与制药学院、大连理工大学食品科学与工程学院及新疆工业技术学院完成，孔令明教授为该论文的通讯作者。
食品腐败是由微生物引发的一系列生化反应所导致，这些微生物分解并代谢食物中的营养物质，从而导致食品质量和安全性的下降。传统上，化学防腐剂被用于抑制这一过程并延长食品保质期。使用化学抗菌剂能有效减轻食品腐败，但其应用存在若干潜在弊端，尤其可能对消费者健康造成不良影响。例如，某些抗菌剂的代谢产物（包括亚硝酸盐）已被证实与致癌作用相关，由此引发消费者对化学添加剂安全性的广泛担忧。因此，在现代食品工业中，识别并开发安全无毒且环境可持续的替代抗菌剂已成为亟待解决的关键课题。
为应对金黄色葡萄球菌等形成生物膜的耐药病原体带来的挑战，本研究探索了核桃谷蛋白抗菌肽（WGAP）作为可持续替代方案，整合代谢组学、肽组学和计算生物学技术，揭示其作用机制并鉴定新型抗菌肽。WGAP对金黄色葡萄球菌展现显著抗菌活性（最小抑菌浓度MIC=53.5μg/mL），且溶血作用极轻微（8×MIC浓度下<8.53%）。该肽处理可降低细菌表面疏水性达80%，从而减少细菌对非生物表面的附着及后续生物膜形成。代谢组学分析揭示WGAP通过干扰烟酰胺辅因子合成、嘌呤代谢及三羧酸循环中间物，破坏细菌能量稳态。通过抑菌圈分析、超滤和色谱技术分离出WGAP的有效抗菌成分，肽组学鉴定出五种新型肽。分子对接分析表明，WGAP肽段（尤其是DVLINAYR和APQLLYIVK）通过催化位点的氢键与疏水相互作用，与金黄色葡萄球菌内切核酸酶IV形成强结合，这揭示了WGAP的抗菌作用机制，并表明其作为可持续植物基解决方案对抗食品腐败和抗生素耐药性的潜力。
本研究旨在通过代谢组学、肽组学和计算生物学相结合的综合方法，系统阐明WGAP对金黄色葡萄球菌的抗菌机制，并鉴定其关键生物活性成分。通过检测细胞疏水性及相关代谢物的变化，我们揭示了WGAP对抗金黄色葡萄球菌的抗菌机制。此外，运用超滤、纯化、肽组学及分子对接技术，对抗菌肽的组成进行了分析。本研究将为开发应用新型食品防腐剂及抗生素替代品提供理论依据。
★作为可持续替代品，WGAP抑制了金黄色葡萄球菌的生长。
★WGAP损害了烟酰胺辅酶合成、嘌呤代谢及三羧酸循环
★从WGAP中鉴定出新型抗菌肽（DVLINAYR和APQLLYIVK）
★本研究通过代谢组学技术证实了WGAP对金黄色葡萄球菌的抗菌功效及其作用机制，并借助分子对接技术鉴定出关键抗菌肽。WGAP通过降低细胞外基质（CSH）含量阻碍生物膜形成，同时下调烟酰胺/NAD+生物合成、嘌呤合成及三羧酸循环中间产物，从而干扰细菌代谢。肽组学与分子对接技术识别出两种关键肽段（DVLINAYR和APQLLYIVK），其通过氢键与疏水相互作用靶向Nfo蛋白，抑制DNA修复。这些发现确立了WGAP作为双重作用抗菌剂的特性，适用于食品保鲜及替代抗生素领域。然而，通过结构分析（如核磁共振）和代谢物分析（如KEGG及富集分析）对DVLINAYR与APQLLYIVK的抗菌特性及作用机制仍需深入研究。本研究凸显了未充分利用的农业副产品在可持续抗菌剂开发中的潜力，弥合了生物活性肽发现与实际食品安全解决方案之间的差距。
图1 图文摘要
图2 WGAP对溶血毒性及抗菌特性的影响。(A) WGAP在不同最小抑菌浓度下的溶血毒性代表性图像；(B) WGAP在不同最小抑菌浓度下的溶血毒性统计数据；(C) WGAP在不同最小抑菌浓度下的表面疏水性。标注不同字母的组间数据存在显著差异（P<0.05）。
图3金黄色葡萄球菌的多变量统计分析与差异代谢物分析。(A) 模型组与WGAP组的PCA评分散点图；(B) 模型组与WGAP组的OPLS-DA评分散点图； (C) 差异代谢物火山图分析，其中红色与蓝色点分别代表显著上调与下调的代谢物；(D) 差异代谢物中差异倍数最高与最低的前10种代谢物的火柴棒图。（图例中颜色标识的解释请参阅本文网络版。）
图4 WGAP对KEGG代谢通路分析的影响。（A）模型组与WGAP组的KEGG分类图，横轴表示特定KEGG通路中注释差异代谢物占所有注释差异代谢物的百分比，纵轴表示富集的KEGG代谢通路名称；（B）代谢通路分析的矩形树状图。
图5 WGAP抗菌肽的鉴定。（A）通过凝胶过滤色谱分析WGAP-III组分；（B）APQLVYIAR、SHSVIYVIR、APQLLYIVK、DVLINAYR和SVIYVIRGN的二次质谱图。
图6 肽与Nfo的分子对接。（A）DVLINAYR与Nfo的分子对接相互作用；（B）APQLVYIAR与Nfo的分子对接相互作用。
https://doi.org/10.1016/j.fochx.2026.103698
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