通过调控蛋白级联反应，计算研究柠檬酸作为抑制鼠伤寒沙门氏菌生物膜形成的潜在抑制剂的作用

《Biologia》：Computational investigation of citric acid as a potential inhibitor of Salmonella Typhimurium biofilm formation via regulatory protein cascade

沙门氏菌通过强效生物膜形成增强毒力及耐药性，研究采用多工具生物信息学分析鉴定FlgE、FabA、InvA、LuxS四大关键调控蛋白，结合分子对接/动力学模拟和ADMET分析验证柠檬酸为高效天然抗菌剂，MIC和MBIC值分别为128和256 μg/mL，FE-SEM证实其破坏生物膜EPS基质。

　　

摘要

由病原微生物引起的食源性疾病，尤其是鼠伤寒沙门氏菌（Salmonella Typhimurium），正变得越来越普遍。该亚种毒力的增强主要归因于其在食品表面和接触材料上形成生物膜的能力。生物膜不仅增强了抗生素抗性和环境持久性，还提高了致病性，使得感染难以根除。生物膜的形成受到与黏附、运动和侵袭相关的蛋白质的严格调控。为了识别关键的生物膜调控蛋白，应用了一种综合的生物信息学工作流程，整合了多种工具，包括PDB、UniProtKB、NCBI-BLAST、KEGG、Geptop 2.0、Cello2go、STRING、Cytoscape、InterPro、Prot-pi和Schr?dinger Maestro。这一多步骤分析确定了四种关键蛋白FlgE、FabA、InvA和LuxS在生物膜调控中的核心作用，每种蛋白的相互作用得分均大于0.5。由于其有利的相互作用特性，柠檬酸被选为潜在的抑制化合物。分子对接实验显示，FlgE、FabA、InvA和LuxS的结合亲和力分别为-3.9652、-3.874、-3.033和-3.283 kcal/mol，其中FlgE的结合力最强。分子动力学模拟验证了这些结果，显示蛋白质的RMSD值稳定（2.5–4.0 ?），配体的RMSD值稳定（4.5–63.8 ?），并且31个氨基酸上的RMSF相互作用一致（0.8–3.0 ?）。ADMET分析进一步验证了柠檬酸的安全药代动力学特性，支持其适用于人类使用。通过定性MIC和MBIC实验进行了验证，得到的结果分别为128 μg/mL和256 μg/mL。通过FE-SEM的定量分析显示，与未处理的对照组相比，柠檬酸处理后的样品中EPS基质和生物膜结构受到显著破坏。总体而言，这些发现表明柠檬酸是一种有前景的天然抗生物膜剂，对鼠伤寒沙门氏菌有效。其多靶点抑制潜力在食品安全领域具有广泛应用价值，并为开发替代抗菌策略提供了支持。

由病原微生物引起的食源性疾病，尤其是鼠伤寒沙门氏菌（Salmonella Typhimurium），正变得越来越普遍。该亚种毒力的增强主要归因于其在食品表面和接触材料上形成生物膜的能力。生物膜不仅增强了抗生素抗性和环境持久性，还提高了致病性，使得感染难以根除。生物膜的形成受到与黏附、运动和侵袭相关的蛋白质的严格调控。为了识别关键的生物膜调控蛋白，应用了一种综合的生物信息学工作流程，整合了多种工具，包括PDB、UniProtKB、NCBI-BLAST、KEGG、Geptop 2.0、Cello2go、STRING、Cytoscape、InterPro、Prot-pi和Schr?dinger Maestro。这一多步骤分析确定了四种关键蛋白FlgE、FabA、InvA和LuxS在生物膜调控中的核心作用，每种蛋白的相互作用得分均大于0.5。由于其有利的相互作用特性，柠檬酸被选为潜在的抑制化合物。分子对接实验显示，FlgE、FabA、InvA和LuxS的结合亲和力分别为-3.9652、-3.874、-3.033和-3.283 kcal/mol，其中FlgE的结合力最强。分子动力学模拟验证了这些结果，显示蛋白质的RMSD值稳定（2.5–4.0 ?），配体的RMSD值稳定（4.5–63.8 ?），并且31个氨基酸上的RMSF相互作用一致（0.8–3.0 ?）。ADMET分析进一步验证了柠檬酸的安全药代动力学特性，支持其适用于人类使用。通过定性MIC和MBIC实验进行了验证，得到的结果分别为128 μg/mL和256 μg/mL。通过FE-SEM的定量分析显示，与未处理的对照组相比，柠檬酸处理后的样品中EPS基质和生物膜结构在60小时培养后受到显著破坏。总体而言，这些发现表明柠檬酸是一种有前景的天然抗生物膜剂，对鼠伤寒沙门氏菌有效。其多靶点抑制潜力在食品安全领域具有广泛应用价值，并为开发替代抗菌策略提供了支持。