抗菌蓝光抑制了铜绿假单胞菌的生长，并激活了乙醛酸循环和反硝化作用

《Photodiagnosis and Photodynamic Therapy》：Antimicrobial Blue Light Reduced The Growth of Pseudomonas aeruginosa and Activated Glyoxylate Cycle and Denitrification

本研究系统探究了抗菌蓝光（aBL）对铜绿假单胞菌（P. aeruginosa）的生长抑制效果及分子机制，发现aBL通过激活糖异生途径和反硝化代谢通路显著抑制细菌增殖并减少生物膜形成，为局部感染控制提供新策略。

　　本研究探讨了抗微生物蓝光（aBL）对铜绿假单胞菌（*Pseudomonas aeruginosa*）的抑制作用及其分子机制。铜绿假单胞菌是一种广泛存在于自然环境中的革兰氏阴性菌，常作为人体皮肤、呼吸道、肠道等部位的正常菌群存在。然而，它也是一种重要的机会性病原体，尤其在免疫功能低下的人群中，容易引发严重感染。在医院环境中，该菌主要与重症监护病房（ICU）患者、使用植入式医疗设备（IMDs）以及烧伤患者的感染有关。因此，探索新的、有效的消毒方法，特别是针对该菌在皮肤损伤区域的感染控制，具有重要的临床意义。

传统的紫外线消毒方法虽然被广泛应用于实验室环境和表面灭菌，但由于其可能造成皮肤损伤及增加皮肤癌风险，因此在实际应用中存在一定的局限性。近年来，抗微生物蓝光作为一种新型的治疗手段，逐渐受到关注。蓝光的波长范围为405至470纳米，能够有效针对痤疮丙酸杆菌（*Propionibacterium acnes*）缓解痤疮症状。然而，关于蓝光对铜绿假单胞菌的抑菌效果的研究仍然有限。本研究旨在系统性地评估蓝光对铜绿假单胞菌的抑制效果，并深入探讨其作用机制。

在实验设计方面，研究采用了网络药理学框架来评估蓝光的治疗潜力。同时，通过多种实验方法进行验证，包括细菌增殖分析、生长曲线分析、生物膜定量分析以及基因表达的深度研究。细菌增殖分析通过计算菌落形成单位（CFU）和菌落面积的变化来评估蓝光对铜绿假单胞菌的抑制效果。结果显示，蓝光处理后，菌落的数量和面积均显著减少，表明其对细菌生长具有抑制作用。此外，生长曲线分析进一步揭示了蓝光处理组的细菌生长速率降低，最终导致细菌密度明显下降。

生物膜形成是铜绿假单胞菌在感染过程中的重要特征之一，能够增强其对消毒剂的抗性，并促进多药耐药菌株的产生。本研究通过结晶紫染色法评估了蓝光对铜绿假单胞菌生物膜形成能力的影响。实验数据表明，蓝光处理能够显著减少生物膜的形成，说明其在抑制细菌形成生物膜方面具有一定的效果。然而，不同菌株对蓝光的反应存在差异，这种差异可能源于其生物膜形成能力的天然差异，尤其是在那些分泌较多粘液的菌株中，生物膜的外层基质更容易受到蓝光的影响。

为了进一步理解蓝光对铜绿假单胞菌的分子作用机制，研究采用了RNA测序和转录因子预测的方法，以识别蓝光调控的分子通路。结果表明，蓝光处理后，共有297个基因被上调，247个基因被下调。基因本体（GO）富集分析显示，差异表达的基因主要集中在氧化还原酶活性和核苷酸磷酸结合等生物过程中。而京都基因与基因组百科全书（KEGG）富集分析则揭示了这些基因在ABC转运蛋白、两组分系统、碳代谢和群体感应等通路中的显著富集。这些发现表明，蓝光通过调控多种代谢相关基因，影响铜绿假单胞菌的代谢活动。

进一步的定量实时PCR（qPCR）验证结果显示，蓝光处理显著上调了与甘油酸代谢相关的基因如*glcE*和*glcF*，以及与脱氮途径相关的基因如*nirM*、*nosD*和*nosZ*。这表明蓝光激活了与细菌代谢相关的特定通路，如甘油酸循环和脱氮途径，从而影响细菌的代谢活动。甘油酸循环是细菌在营养缺乏或环境压力下维持生存的重要机制，它通过绕过三羧酸循环（TCA cycle）中的脱羧步骤，直接将乙酰辅酶A转化为糖异生前体，如草酰乙酸，从而实现碳的高效回收。脱氮途径则涉及细菌在无氧或低氧条件下利用有机碳源将硝酸盐或亚硝酸盐还原为氮气或一氧化二氮。这些代谢通路的激活可能帮助细菌在受到蓝光刺激时增强其代谢灵活性，从而适应环境压力。

研究还探讨了蓝光对细菌红ox代谢和细胞膜运输的影响。上调的基因如*katE*表明细菌通过增加催化酶活性来清除蓝光诱导的活性氧（ROS），从而维持细胞内氧化还原平衡。此外，蓝光可能通过增强细胞膜运输功能，帮助细菌应对环境压力。这些发现揭示了蓝光对细菌生理功能的多方面影响，表明其不仅抑制细菌的增殖，还通过调控其代谢活动，影响其生存和致病能力。

在讨论部分，研究指出蓝光疗法已被广泛应用于临床治疗新生儿黄疸，并在皮肤疾病如痤疮的治疗中展现出良好的抗炎和抗菌效果。然而，蓝光对铜绿假单胞菌的具体作用机制仍有待进一步研究。本研究发现，蓝光能够显著影响铜绿假单胞菌的代谢网络，尤其是在其碳代谢和氮代谢方面。通过激活甘油酸循环和脱氮途径，蓝光促使细菌调整其代谢策略，以适应环境压力。这些代谢通路的改变不仅有助于细菌维持基本的能量供应和生物合成，还可能通过减少活性氧的产生，降低其对细菌的毒性作用。

此外，研究还发现蓝光可能通过调控细菌的群体感应系统来影响其生物膜形成能力。群体感应是细菌在群体中协调行为的重要机制，能够影响其毒力因子的表达和生物膜的形成。蓝光可能通过影响群体感应信号分子，如环二鸟苷酸（c-di-GMP），从而改变细菌的生物膜形成能力。c-di-GMP水平的降低通常与细菌从生物膜状态向游离状态的转换有关，这可能是蓝光抑制生物膜形成的一个关键机制。

综上所述，本研究通过多种实验方法，系统地评估了蓝光对铜绿假单胞菌的抑制作用及其分子机制。研究发现，蓝光能够显著抑制铜绿假单胞菌的生长，并减少其生物膜的形成。其作用机制涉及多个代谢通路的调控，包括甘油酸循环和脱氮途径的激活，以及群体感应系统的干扰。这些发现不仅为蓝光作为一种辅助治疗策略在局部感染控制中的应用提供了实验依据，也为未来开发新的抗菌方法提供了理论支持。