紫外线诱导大肠杆菌VBNC状态形成与复苏机制：基于ATP代谢激活及生物膜介导的恢复研究

本研究系统揭示了紫外线(UV)消毒诱导大肠杆菌进入"存活但不可培养"(VBNC)状态的关键机制：低剂量UV(4.5 mJ/cm2)显著提升ATP代谢活性(达初始值182%)，而高剂量(14.1 mJ/cm2)则抑制代谢(ATP降至58%)。首次发现生物膜通过释放酪氨酸样胞外聚合物(EPS)和C14群体感应分子可将复苏时间缩短至4小时(LB培养基)/17小时(无菌水)，为优化饮用水UV消毒工艺提供了重要理论依据。

　　

Highlight

• 低UV剂量(4.5 mJ/cm²)诱导大肠杆菌进入代谢活跃的VBNC状态，而高剂量抑制代谢活性但未完全灭活细菌

• UV通过非常规途径诱导VBNC形成：引发DNA损伤，recA基因表达水平可作为评估复苏潜力的生物标志物

• 生物膜分泌的酪氨酸样EPS和C14信号分子显著加速VBNC细菌复苏

Effect of UV disinfection on the state of VBNC E. coli

如图3所示，当UV剂量超过4.5 mJ/cm²时，细菌可培养性迅速丧失，但超过90%的细胞仍保持呼吸活性，表明其已进入VBNC状态。VBNC细菌比例最初飙升至182.3%，之后逐渐下降但仍高于初始值。具体而言，在2.49 mJ/cm²照射下，可培养细菌为4.1 log₁₀CFU/mL，而呼吸活性细菌达到6.7 log₁₀CFU/mL（初始为6.9 log₁₀CFU/mL），显示部分细菌已进入VBNC状态。

Conclusions

1. 低UV剂量(4.5 mJ/cm²)使大肠杆菌进入代谢旺盛的VBNC状态，而高剂量(14.1 mJ/cm²)虽抑制代谢(ATP降至58%)但未完全灭活细菌

2. UV通过DNA损伤诱导VBNC形成的特殊途径，recA基因表达量可作为评估复苏能力的潜在指标

3. 生物膜衍生的酪氨酸样EPS和C14信号分子使VBNC细菌复苏时间大幅缩短：在LB培养基中仅需4小时，在无菌水中需17小时