五倍子提取物动态干扰大肠杆菌生物被膜的监测与机制解析：基于表面增强拉曼光谱（SERS）的创新研究

本研究首次系统评估中药五倍子提取物（Galla Chinensis, GC）对大肠杆菌生物被膜（Biofilm）的动态破坏作用。研究发现GC通过诱导活性氧（ROS）爆发、干扰群体感应（QS）系统、抑制胞外多糖（EPS）合成等多途径发挥抗菌效应，并创新性采用表面增强拉曼光谱（SERS）技术实现生物被膜成分变化的原位动态监测，为天然抗生物被膜制剂开发提供了新策略。

　　

Highlight

生物被膜形成能力作为大肠杆菌及其他肠道细菌的关键毒力因子，其致病潜力与这种多细胞行为密切相关。由细菌分泌的多糖、蛋白质和胞外DNA构成的胞外聚合物（EPS）基质作为一种生物粘合剂，介导细胞间凝聚和表面附着。结晶紫（CV）染色证明了双重结合机制：与带负电荷的酸性多糖的静电相互作用，以及与疏水性蛋白结构域的疏水结合。这种双重亲和力使CV成为定量生物被膜生物量的可靠指标。如图2A所示，与对照组相比，GC处理组的生物被膜形成显著抑制（p < 0.05），且呈浓度依赖性。在1/2最小抑菌浓度（MIC, 3.125 mg/mL）下，生物被膜抑制率为42.3%，而在2倍MIC浓度（12.5 mg/mL）下，抑制率高达91.8%。这些结果表明GC能有效抑制大肠杆菌生物被膜的形成。

Conclusions

本研究首次系统探讨了GC对食源性大肠杆菌的抗菌和抗生物被膜效应。实验结果揭示，GC提取物通过多靶点机制有效抑制病原菌生长：一方面，它通过诱导活性氧（ROS）爆发破坏细菌氧化还原平衡，摧毁[4Fe-4S]簇，灭活苦毒酶（picrotoxinase），导致细胞代谢崩溃；另一方面，它显著干扰群体感应（QS）信号传导，抑制自诱导剂-2（AI-2）活性，从而阻止细菌群体行为协调。最重要的是，本研究创新性采用表面增强拉曼光谱（SERS）技术，实现了GC干预下生物被膜成分变化的动态原位监测，揭示了胞外多糖、脂质、蛋白质和核酸等生物被膜相关分子的指纹特征变化，凸显了该方法在抗生物被膜机制解析中的独特优势。研究结果强调了GC作为一种天然安全的抗菌剂在对抗生物被膜形成细菌方面的原位应用潜力。