血根碱通过多组学联合分析抑制阴沟肠杆菌的抗菌机制研究

针对阴沟肠杆菌（E. cloacae）耐药性加剧和传统抗生素局限性问题，研究人员通过转录组学和代谢组学技术，揭示了天然植物提取物血根碱（SAN）通过破坏细菌细胞膜完整性、干扰氨基酸合成及能量代谢通路发挥抗菌作用的机制。该研究为开发新型天然抗菌剂提供了理论依据，发表于《BMC Microbiology》。

　　

论文解读

阴沟肠杆菌（Enterobacter cloacae）是医院感染和食品腐败的常见病原体，其多重耐药性（如产β-内酰胺酶）使临床治疗面临严峻挑战。传统化学抗生素的滥用不仅加剧耐药性，还引发环境污染问题。在此背景下，天然植物提取物因其低毒性和不易诱导耐药的特点成为研究热点。血根碱（Sanguinarine, SAN）是一种来源于博落回（Macleaya cordata）的生物碱，既往研究证实其具有广谱抗菌活性，但其对阴沟肠杆菌的作用机制尚不明确。

为探究SAN的抗菌潜力，研究人员通过多组学联合分析，系统评估了SAN对阴沟肠杆菌的抑制效果及分子机制。研究发现，SAN的最小抑菌浓度（MIC）为100 μg/mL，且呈剂量依赖性抑制细菌生长。扫描电镜（SEM）显示，SAN处理后的细菌细胞出现明显变形、伸长甚至破裂；紫外吸收（OD₂₆₀）检测证实细胞膜完整性受损，核酸泄漏增加。转录组学分析鉴定出406个差异表达基因（DEGs），主要富集于氨基酸糖代谢（如glk基因下调）、精氨酸/脯氨酸代谢（PutA基因上调）等通路。代谢组学进一步揭示SAN干扰一碳单位代谢（如叶酸合成异常）和核苷酸糖代谢（GDP-N-乙酰-D-甘露糖胺含量下降）。联合分析表明，SAN通过抑制关键代谢通路（如TCA循环和糖酵解）及能量供应，导致细菌生长受阻。

关键技术方法
研究采用体外培养阴沟肠杆菌，通过滤纸扩散法和肉汤稀释法测定SAN的抑菌圈和MIC；利用SEM观察细胞形态变化，紫外分光光度法检测核酸泄漏；基于Illumina平台的转录组测序和LC-QTOF代谢组学技术分析基因和代谢物变化；通过OPLS-DA模型和KEGG通路富集整合多组学数据。

研究结果

1. 体外抗菌活性：SAN对阴沟肠杆菌的MIC为100 μg/mL，抑菌圈直径随浓度增加（800 μg/mL时达24 mm）。
2. 细胞膜破坏：OD₂₆₀值升高和SEM图像显示SAN导致膜破裂及形态异常。
3. 转录组调控：DEGs显著富集于膜转运和能量代谢通路，如glk（葡萄糖激酶）下调影响糖代谢。
4. 代谢重编程：叶酸合成通路（purN基因下调）和磷脂代谢紊乱，GDP-N-乙酰-D-甘露糖胺减少影响细胞壁合成。
5. 多通路协同：联合分析揭示SAN通过抑制氨基酸（如色氨酸、精氨酸）合成和TCA循环关键酶（如pyruvate）导致能量危机。

结论与意义
该研究首次阐明SAN通过多靶点作用抑制阴沟肠杆菌：物理性破坏细胞膜、干扰叶酸依赖的一碳代谢、阻断能量供应。其重要意义在于：①为耐药菌感染提供天然药物候选；②为开发饲料添加剂或生物农药提供理论支持；③多组学策略为抗菌机制研究提供范式。未来需进一步验证SAN在体内的安全性和有效性，但其“多通路协同”作用模式为克服耐药性指明了新方向。