通过基于核磁共振（NMR）的代谢组学方法，研究了鲍曼不动杆菌（Acinetobacter baumannii）临床菌株无细胞上清液中一种源自奇奥诺德拉辛（chionodracine）的肽的抗生物膜活性

《FEBS Open Bio》：Antibiofilm activity of a chionodracine-derived peptide by NMR-based metabolomics of cell-free supernatant of Acinetobacter baumannii clinical strains

通过1H NMR分析发现，抗菌肽KHS-Cnd能显著改变铜绿假单胞菌生物膜形成过程中的胞外代谢物谱，表现为乙酸、甲酸、葡萄糖和甜菜碱水平升高，支链氨基酸代谢和甘氨酸/天冬氨酸代谢通路关键代谢物差异显著，提示其通过干扰能量代谢和生物膜结构维持抑制生物膜形成。

　　在当前医学研究领域，细菌感染特别是由耐药性病原体引起的感染，已成为全球公共卫生面临的重要挑战。其中，*Acinetobacter baumannii*（鲍曼不动杆菌）因其广泛的临床相关性和对多种抗生素的耐药性，被认为是威胁患者健康的严重病原体之一。据估计，每年全球有约100万例由该菌引起的感染，死亡率高达20%至80%。*A. baumannii*不仅在医院环境中广泛存在，还与呼吸系统感染、血液感染及与呼吸机相关的肺炎密切相关，其感染常伴随较高的死亡率。此外，该菌还与社区获得性肺炎相关，其死亡率可达到60%。这些数据表明，*A. baumannii*在临床中的危害性不容忽视，因此寻找有效的治疗策略尤为重要。

*Acinetobacter baumannii*能够形成生物膜，这一特性使其在宿主和非生物表面（如导管、医疗器械等）上得以持久定植，从而增强了其致病性和对常规治疗的抵抗力。生物膜的形成过程是复杂的，通常包括细菌附着、聚集、结构形成以及细胞间通信等多个阶段。在生物膜的早期阶段，细菌通过多种机制，如菌毛、鞭毛、外膜蛋白和多糖等，与表面结合。这些机制不仅有助于细菌的附着，还为后续不可逆的定植和形成稳定的生物膜结构打下基础。在生物膜成熟阶段，外源性聚合物物质（EPS）的形成对于维持生物膜的三维结构和功能至关重要。因此，调控生物膜代谢和相关信号传导机制，可能是减少其致病性的关键。

近年来，抗生物膜药物的开发受到了越来越多的关注。传统的抗生素往往对游离细菌有效，但在生物膜环境中，由于生物膜的物理屏障作用和细菌的代谢改变，它们的疗效显著下降。为了克服这一问题，研究者开始探索新的抗菌策略，例如利用抗菌肽（AMPs）等具有抗生物膜活性的化合物。抗菌肽因其低耐药性风险和对宿主的低毒性，被认为是传统抗生素的有力替代品。一些抗菌肽已被证实能够干扰生物膜的形成，甚至破坏已形成的生物膜结构。例如，一种名为lariocidin的新型抗菌肽，已被报道具有广谱抗菌活性，并且其作用机制是通过结合细菌核糖体，干扰蛋白质合成。

本研究聚焦于一种由南极鱼中提取的抗菌肽——KHS-Cnd，该肽具有显著的抗生物膜活性。此前的实验表明，KHS-Cnd能够有效抑制多种*A. baumannii*临床分离株的生物膜形成，并且在与某些抗生素联合使用时，能够显著降低其最低抑菌浓度（MIC）。这一发现表明，KHS-Cnd可能在临床治疗中具有重要的应用前景。然而，为了进一步揭示其抗生物膜作用的机制，研究团队采用了核磁共振（NMR）技术，对生物膜形成过程中KHS-Cnd处理和未处理的细菌培养上清液中的代谢物进行了系统分析。

研究团队选取了四种*A. baumannii*菌株，包括一个标准菌株（ATCC 19606）和三个临床分离株（Ab1、Ab2和Ab4），以评估KHS-Cnd在不同菌株中的影响。在生物膜形成过程中，KHS-Cnd被加入培养基中，其浓度为先前确定的最低抑菌浓度（MIC）的四分之一，以确保其对细菌具有一定的抗菌作用，但又不至于完全抑制其生长。在培养完成后，上清液被收集并进行NMR分析，以确定在生物膜形成过程中，KHS-Cnd对细菌代谢物的影响。

通过1D ¹H NMR分析，研究团队能够检测到生物膜细胞在KHS-Cnd处理前后代谢物的变化。这些变化不仅反映了生物膜形成过程中细菌的代谢调整，还可能揭示其对抗菌肽的生理响应机制。分析结果显示，KHS-Cnd处理后的细菌上清液中，某些代谢物的浓度发生了显著变化，例如醋酸盐、甲酸盐、葡萄糖和甜菜碱等。这些代谢物的变化可能与生物膜的形成、代谢途径的调控以及细菌的生存策略有关。此外，研究还发现，某些氨基酸如缬氨酸（Val）在KHS-Cnd处理后的生物膜细胞中显著增加，这可能与生物膜在碳源有限条件下进行的代谢调整有关。

在进一步的统计分析中，研究团队采用了主成分分析（PCA）和偏最小二乘判别分析（PLS-DA）等方法，以识别KHS-Cnd处理对代谢物的影响。PCA结果显示，KHS-Cnd处理后的样本在第一主成分（PC1）上与未处理样本有显著的分离，表明该处理确实对代谢物的组成产生了影响。而PLS-DA则能够更有效地区分处理组与对照组，揭示那些在处理后显著变化的代谢物。通过VIP（变量重要性投影）评分，研究团队确定了多个在KHS-Cnd处理后表现出显著差异的代谢物，这些代谢物可能与生物膜的形成和代谢调控有关。

除了对代谢物的定量分析，研究团队还进行了代谢通路分析，以了解KHS-Cnd处理对细菌代谢的影响。结果表明，某些通路如乙醛酸/二羧酸代谢和支链/芳香族氨基酸代谢在KHS-Cnd处理后发生了显著变化。这些通路的改变可能与细菌在生物膜形成过程中对能量代谢的调整有关。例如，乙醛酸/二羧酸代谢通路在细菌面对碳源限制时可能被激活，以维持其在生物膜中的生存能力。此外，支链氨基酸的代谢变化可能影响细菌的生长和生物膜的形成，因为这些氨基酸在生物膜的结构和功能中扮演着重要角色。

值得注意的是，研究团队还发现，某些代谢物在KHS-Cnd处理后被显著上调，而另一些则被下调。例如，醋酸盐和甲酸盐的浓度在处理后的样本中显著增加，这可能与生物膜形成过程中的能量需求有关。同时，某些氨基酸如谷氨酸（Glu）和谷氨酰胺（Gln）的浓度在处理后的样本中也发生了变化，这可能反映了细菌在处理后对蛋白质合成和代谢途径的重新调整。这些变化可能有助于细菌适应生物膜环境，同时也可能成为抗菌肽作用机制的线索。

此外，研究团队还发现，某些代谢物在KHS-Cnd处理后出现在细菌上清液中，而不是在细胞内。这表明，抗菌肽可能通过影响细菌的代谢物分泌来干扰生物膜的形成。例如，一些研究表明，某些代谢物在生物膜环境中被分泌出来，以支持细菌的生长和生存。因此，KHS-Cnd可能通过改变这些代谢物的分泌模式，从而破坏生物膜的结构和功能。

总体而言，本研究通过NMR技术对*A. baumannii*生物膜形成过程中代谢物的变化进行了系统分析，揭示了KHS-Cnd处理对细菌代谢的影响。这些发现不仅有助于理解抗菌肽如何干扰生物膜的形成，还为开发新的抗生物膜药物提供了理论依据。通过识别关键的代谢物和通路，研究团队为未来的药物设计和治疗策略优化提供了重要的参考信息。此外，研究还强调了抗生物膜药物在应对耐药性细菌感染中的重要性，并指出进一步探索这些代谢物的调控机制将有助于提高治疗效果。

在临床应用方面，抗生物膜药物的开发可能成为解决多重耐药细菌感染的关键策略之一。传统抗生素在面对生物膜时往往效果不佳，而抗生物膜药物能够直接干扰生物膜的形成和维持，从而提高抗菌效果。例如，KHS-Cnd的抗生物膜作用可能与其干扰生物膜的代谢通路有关，从而影响细菌的生存和传播能力。未来的研究可以进一步探讨这些代谢物如何影响细菌的生理状态，并开发基于这些代谢物的新型治疗策略。

最后，本研究还指出，生物膜的代谢物分析可能成为一种有效的生物标志物，用于监测细菌的生物膜状态。这些代谢物的变化可能反映出细菌在生物膜环境中的适应性，从而为诊断和治疗提供新的视角。此外，研究团队还强调了探索抗菌肽与其他药物的协同作用的重要性，这可能有助于提高治疗效果并减少耐药性的发生。总之，本研究通过系统分析*KHS-Cnd*对*A. baumannii*生物膜代谢的影响，为未来的抗菌药物开发和生物膜相关疾病的治疗提供了重要的科学依据。