微生物色素在大鼠皮肤刺激性及细胞毒性评估中的应用：推动可持续纺织制造的环保染料替代方案

本刊推荐研究人员针对合成染料的环境与健康风险，开展微生物色素的大鼠皮肤刺激性与细胞毒性筛查研究。结果表明所测试的六种微生物色素均未引发皮肤刺激反应，且细胞毒性较低（IC50值介于46.7-113.5 mg/mL）。来自粘质沙雷氏菌的红色色素展现出最优的棉织物染色性能。该研究为开发安全、可持续的纺织用生物染料提供了重要实验依据。

　　

全球纺织工业每年消耗超过百万吨合成染料，这些持久性有毒化合物对环境和健康构成严重威胁。寻找可持续的替代方案已成为当务之急。微生物色素因其生态友好性和生物可降解性而备受关注，但其安全性和实用性仍需系统评估。

在这项发表于《Animals and Zoonoses》的研究中，埃及艾因夏姆斯大学的Sohila G. El-sayed团队对六种微生物色素进行了全面评估。研究采用来自铜绿假单胞菌（Pseudomonas aeruginosa）的蓝绿色色素、棕色固氮菌（Azotobacter chroococcum）的棕色色素、粘质沙雷氏菌（Serratia marcescens）的红色色素、藤黄微球菌（Micrococcus luteus）的黄色色素、玫瑰色微球菌（Micrococcus roseus）的玫瑰色素和克里斯廷微球菌（Micrococcus kristinae）的橙色色素，系统研究其皮肤刺激性和细胞毒性特性。

研究采用了几项关键技术方法：通过液相萃取和超声处理从细菌培养物中提取色素；基于OECD 404原则的大鼠皮肤刺激性筛查模型（使用6只雌性白化大鼠）；WI-38人肺成纤维细胞系的中性红摄取法（Neutral Red Uptake Assay）细胞毒性测试；传统纺织染色工艺评估色素在棉织物上的应用性能；16S rRNA基因测序进行菌株鉴定；傅里叶变换红外光谱（FTIR）分析色素化学结构。

3.1. 大鼠急性皮肤刺激性筛查研究

研究人员观察了六种色素处理组大鼠14天内的死亡和中毒迹象。在所有观察时间点（30-60分钟、第1、2、3、4、5、6、7、14天），所有测试色素和阴性对照组均未出现红斑或水肿，主要刺激指数（PII）计算结果均为0，表明在实验条件下这些色素均无刺激性。

3.2. 测试细菌色素的细胞毒性

细胞毒性评估显示，橙色色素（AO2）在150 mg/mL浓度下仍保持72.4%的细胞存活率，未达到IC₅₀值。棕色色素（SB1）的IC₅₀值为107.5 mg/mL，红色色素（LRe6）为113.5 mg/mL，玫瑰色素（WRo5）为47.06 mg/mL，蓝绿色色素（SG1）为46.7 mg/mL，黄色色素（WY12）为86.04 mg/mL。显微镜观察显示，不同色素处理后的WI-38细胞形态变化存在差异，其中玫瑰色素表现出最强的细胞毒性。

3.3. 色素对棉织物的染色潜力

染色试验表明，粘质沙雷氏菌LRe6产生的红色色素在棉织物上呈现出深色调，染色效果最佳。蓝绿色色素染色效果次之，而玫瑰、橙色、黄色和棕色四种色素的染色能力非常弱。红色色素在洗涤后也表现出更好的稳定性。

3.4. 红色色素产生菌粘质沙雷氏菌LRe6的分子鉴定

通过16S rDNA测序和BLASTn分析，鉴定LRe6菌株为粘质沙雷氏菌，与粘质沙雷氏菌ATCC13880参考菌株的序列相似性达99.8%。该序列已提交至NCBI GenBank，登录号为PP903693。

3.5. 粘质沙雷氏菌LRe6的系统发育分析

系统发育树显示，LRe6菌株与粘质沙雷氏菌ATCC13880（GenBank登录号：NR_041980.1）形成单系群，自举值超过95%，进一步证实了其分类学地位。

3.6. 粘质沙雷氏菌LRe6产生的灵菌红素FT-IR光谱分析

FT-IR光谱揭示了灵菌红素的特征官能团振动：3771.75 cm^-1处的O-H伸缩振动，3268.17 cm^-1处的N-H伸缩振动，2851.22-3011.08 cm^-1处的脂肪族和芳香族C-H键，1741.80 cm^-1处的C=O伸缩振动，1539.17-1628.12 cm^-1处的芳香族C=C环伸缩振动，以及1287.63-1021.49 cm^-1处的C-O伸缩模式。这些结果与灵菌红素的吡咯吡咯甲烷结构一致。

研究结论表明，微生物色素作为合成染料的环保替代品具有巨大潜力。所有测试的细菌色素在大鼠模型中均未引起皮肤刺激反应，且细胞毒性较低（IC₅₀值均高于47 mg/mL）。其中，粘质沙雷氏菌产生的红色色素在棉织物染色方面表现最佳。

讨论部分强调，虽然大鼠皮肤刺激性筛查显示阳性结果，但该实验并非完全符合OECD 404标准，需要进一步通过兔模型或体外方法（OECD 439）进行验证。细胞毒性测试仅使用了WI-38人肺成纤维细胞系，未来研究应纳入更多细胞类型以全面评估安全性。

该研究的重要意义在于为开发可持续纺织制造用微生物染料提供了关键安全性和实用性数据。通过系统评估多种微生物色素的皮肤刺激性和细胞毒性，并结合染色性能测试，研究为工业化应用奠定了基础。特别是粘质沙雷氏菌产生的灵菌红素，不仅染色性能优异，还具备多种生物活性，包括抗菌、抗氧化和潜在的药理作用。

研究还指出，利用工农业废料作为色素生产底物可显著降低成本，提高经济可行性。通过代谢工程和基因操作技术优化色素生产菌株，有望实现微生物色素的大规模工业化生产。

尽管存在一些局限性，如色素表征不够精细、仅使用单一细胞系进行毒性测试、缺乏标准化染色指标等，但本研究为微生物色素在纺织行业的应用提供了重要参考，推动了可持续染料开发领域的进步。