食品中的细菌根据其致病性可以分为致病菌、条件致病菌和非致病菌3类。凡能引起人类疾病的细菌,统称为病原菌或致病菌；条件致病菌指在机体抵抗力低下的条件下致病而正常健康状况下不致病的细菌；非致病菌是指食品中存在的非直接引起人体疾病的微生物。同一种细菌^[1-5]在经历了一定时间演化后，其致病能力会发生改变。食品中越来越多的非致病菌进化成致病菌。本文对食品中非致病菌向致病菌转化机制作一综述。

1 细菌毒力的获得性

食品中常见的致病菌有霍乱弧菌、大肠埃希菌、金黄色葡萄球菌等。以霍乱弧菌为例，霍乱弧菌（VC）是导致人类霍乱的病原体，霍乱是一种古老且流行广泛的烈性传染病之一，但是并不是所有的霍乱弧菌都具有致病性。早期研究发现，在众多霍乱弧菌之中，只有O1及O139霍乱弧菌带有可导致严重腹泻的毒素，属致病性霍乱弧菌；没有上述毒素的非O1/非O139霍乱弧菌则不产生致病性。然而，近年来国内非O1/非O139群霍乱弧菌成为了引发夏秋季腹泻和顺品中毒的主要病原菌。研究发现，非O1/非O139群霍乱弧菌获得了某些O1群霍乱弧菌的毒力基因^[6]。

不仅霍乱弧菌存在着毒力基因向非致病菌株的转移现象，其他细菌如溶藻弧菌也存在着这种致病基因的水平转移现象。溶藻弧菌是引起牙鲆和鳗鲡等许多名贵经济鱼类发生细菌性鱼病的致病菌之一^[7]。溶藻弧菌过去一直被认为不致病或仅能引起部分创伤性感染而未受到重视，近年来，它引起的人急性腹泻和食品中毒时有报道，并证实，该菌与副溶血弧菌一样，是沿海地区腹泻病和食品中毒的常见病原菌^[7-9]。霍乱弧菌中的毒力基因在致病性的溶藻弧菌中也有大量地分布^[10]，提示溶藻弧菌获得了霍乱弧菌的某些致病因子从而具备了致病性。这种致病基因的获得现象是一种细胞水平基因的转移。

2 细菌水平基因的转移及其毒力获取策略

水平基因转移也称为侧向基因转移( lateral gene transfer)，是指在差异生物个体之间，或单个细胞内部细胞器之间所进行的遗传物质的交流^[1]。水平基因转移是相对于垂直基因转移(亲代传递给子代)而提出的，它可打破亲缘关系的界限，使基因流动的可能变得更为复杂^[1-3]。

在细菌进化过程中通过基因水平转移获得新的基因，比细菌通过突变改变基因功能更容易解释细菌适应新环境、对新的选择压力做出反应的能力。例如，抗生素抗性基因的传播就是基因水平转移与环境中这些物质不断增加所导致的选择压力增加相偶联的结果。致病菌毒力岛上的毒性基因也是通过基因水平转移从各种病源菌获得。食品中常见的芽胞杆菌其基因组中大约15%的基因来源于噬菌体基因；而大肠埃希菌被认为是100百万年前从沙门菌(Salmonella)中分离出来，其基因组中17.6%的基因来自水平转移。基因水平转移(horizontal gene transfer,HGT)现象在自然界非常普遍，它可以在亲缘关系很远的物种间发生，如从细菌到真核生物，从动物到细菌，从细菌到古细菌等。其转移策略有转化、转导和接合等3种^[1-3]。

2.1 自然条件下的转化

自然遗传转化是不需要任何媒介的裸露DNA分子与自然感受态细胞间相互作用的一种基因转移方式，可以发生在细菌之间，也可以发生在细菌与其它真核生物之间。因此，自然条件下的转化需要具备2个条件：具备转化活性的裸露DNA分子和自然感受态细胞的形成^{[3, 4]}。

环境中存在大量具转化活性的DNA。采用竞争PCR方法检测质粒pVACMC1 在人唾液中的降解及转化活性的变化。结果表明，虽然质粒DNA在唾液中会被部分降解，但24 h后还可检测到靶DNA片段的存在，而且经新鲜唾液处理后的质粒DNA依然可以保持转化活性，而且DNA在通过胃肠道后还可得到部分保存^[3]。据报道，用PCR可以在自然环境条件下检测到转基因植物的DNA，最长可达2年。从中发现，环境中具转化活性的DNA可以生存^{[11, 12]}。另外，细菌细胞也能主动分泌DNA到环境中，并具有转化活性。而且在此转化过程中一些受体细胞为防止供体DNA的降解，会表达相应的DNA结合蛋白，诱导产生对应的重组酶系^{[3, 11, 12]}。因此，自然转化是细菌在一定生长阶段采取的主动调节过程。这些发现表明，由细菌或食品中释放的DNA具有转化自然感受态细菌的潜力。

只有当受体细胞处于感受态时细胞才具有摄取外源裸露DNA并发生遗传改变的能力。一些细菌在它们特定生命周期中处于感受态，一些细菌在整个生命周期中均处于感受态，还有一些细菌经过某些物理或化学如用氯化钙、乙二胺四乙酸二钠盐(EDTA)、电击等处理后可以吸收DNA。Baur^[12]发现，在从自然环境中采集的含一定离子的天然水样中,大肠埃希菌可通过其内在调节机制建立自然感受态，从而在自然环境中直接摄取外源DNA。此外，枯草芽孢杆菌建立自然感受态的能力也早已得到人们的肯定，其基因组上有10多个基因与感受态的建立有关^{[10, 13-15]}。

随着环境中具有转化活性的DNA分子及自然形成的感受态细胞的相继发现，自然转化在水平基因转移中的作用成为人们关注的焦点。因为自然遗传转化不需要致育质粒和噬菌体作为媒介，甚至不受时空的限制，可以发生在不同的生物之间，所以被认为很可能是水平基因转移的重要途径，也是非致病菌向致病菌转化的主要策略之一。

2.2 噬菌体介导的转移

自然环境中，非致病菌向致病菌进化的另一重要策略是由携带毒力基因的病毒或噬菌体进入宿主菌，并在宿主细菌中进行基因交流改变宿主菌的表型或增加宿主菌的毒力、或使无致病力的菌株转变为致病菌。噬菌体介导的遗传物质的转移又分为转导和转换2种^[16]。

转导是一种细菌的基因被噬菌体颗粒包裹转移到另一细菌中。研究发现^[17]，与λ噬菌体P2和P4相关的一些噬菌体在许多大肠埃希菌获得致病性的过程中发挥着重要作用。P2噬菌体提供衣壳、尾部和裂解基因组装P4噬菌体DNA，使P4噬菌体DNA能转移至其它菌体。P2和P4噬菌体具有广泛的宿主谱，如食品中常见的志贺菌属、肠道沙门菌等，这使得它们成为细菌之间毒力基因水平转移的重要载体。金黄色葡萄球菌致病岛(SaPI1)是伴随着葡萄球菌噬菌体13和80α的增殖而发生转移的。噬菌体13和80α能将SaPI1壳体化( encapsidate) 并转导至金葡菌中。

噬菌体通常携带一些病毒非必需基因，这些基因转换到宿主菌后能引起宿主菌的表型的改变，这种现象称为噬菌体的转换，具有这种能力的噬菌体称为转换噬菌体。宿主菌表型的改变包括可识别标记的改变和毒力的变化。噬菌体转换使非致病菌向致病菌转化的一个典型例子就是β-棒状杆菌噬菌体的溶原转换，它可使无毒力的白喉棒状杆菌转变为有毒力的菌株。另外，E群沙门菌O抗原的溶源转换也是一个实例。ε噬菌体感染沙门菌后，噬菌体编码的修饰菌体外层的三糖残基的酶将会引起LPS化学性质的变化，从而导致细菌抗原性的变化^{[16, 17]}。

噬菌体是细菌毒力基因水平转移的重要载体，也在细菌毒力表达的过程中充当着重要的前体物质。而且噬菌体之间的相互作用(如λ噬菌体P2和P4相互作用)还使得细菌不断获得新的毒力基因，从而导致新的致病株出现。因此，噬菌体介导的非致病菌向致病菌转化是一个非常重要的策略。

2.3 细菌与细菌的接合交换

接合是细菌中存在由质粒介导的类似有性过程的基因交换重组现象。接合发生在2个属于不同配型的细胞(如供体细胞必须携带质粒，而受体细胞则没有)之间。细菌的接合过程分为接合配对的形成和DNA的转移二步进行：质粒上携带的基因表达形成特定的结构(如性伞毛) ,使供体和受体细胞配对，在其间建立一种通道，DNA可借此从供体细胞进入受体细胞，然后如同转化过程中发生的一样，与受体DNA进行重组，受体细胞借此获得新的性状。通过接合传递的质粒有F质粒、R质粒、Col质粒、毒力质粒。目前，临床上多重耐药菌株的出现与F质粒和R质粒通过接合传递密切有关。而且环境中发生的细菌基因转移也大多数与接合有关。因此，细菌之间的相互接合也是非致病菌获得毒力基因产生致病性的一个非常重要的策略^{[3, 18]}。

3 结语

随着研究的深入，非致病菌从致病菌获得毒力基因这种水平基因转移现象被发现是自然界存在的一种普遍现象。由于这种普遍存在的水平基因转移导致了致病性微生物的不断涌现，从而也增加了对微生物致病的防治困难。这种毒力基因的转移只是众多基因转移事件中的一种，而且每种受体菌在获取外源基因片段后必须有一段较长的环境适应期。这种自然环境微生物之间遗传物质的交流是一种正常的生态平衡系统，虽然频繁出现，但其进化比较缓慢，其危害可以预期并被监测。然而，为了提高农业生产，改变食品原材料性能等人为地向微生物（细菌）中加入大量的人工构建的基因工程微生物（GEMs） 或其他的基因工程生物（GEOs），这是一种加速进化的人工进化过程，并缺乏漫长的自然筛选，由其导致的致病基因的转移所引起的安全性问题将是人类面临的巨大挑战。