高溶解度聚吡咯与苯甲酸复合物对多重耐药肺炎克雷伯菌的抗菌及抗生物膜作用

《ACS Omega》：Antimicrobial and Antibiofilm Activities of Highly Soluble Polypyrrole Combined with Benzoic Acid against Multidrug-Resistant Klebsiella pneumoniae

本研究评估了水溶性聚吡咯（Hs-PPy）与苯甲酸（BA）组合对耐多药肺炎克雷伯菌生物膜形成的抑制作用。结果显示，BA单独和与Hs-PPy联用均有效抑制生物膜，尤其对强生物膜产生产菌株5825抑制效果显著，且联用可降低BA浓度需求。

　　
本研究聚焦于耐多药肺炎克雷伯菌（MDR-Klebsiella pneumoniae）的耐药机制与生物膜调控策略，通过实验评估了合成聚合物聚吡咯（Hs-PPy）与有机酸苯甲酸（BA）的协同抗菌及抗生物膜效果。研究采用巴西某大学医院2021年7月至11月采集的47株临床分离株及1株标准参考菌株（ATCC 13883），结合自动化微生物鉴定系统（Phoenix）进行抗生素敏感性测试，并运用结晶紫染色法、光镜观察等技术系统分析生物膜形成能力。

研究发现，所有分离株均呈现多重耐药特征，其中91.49%的菌株对12种常用抗生素（包括头孢菌素类、氟喹诺酮类、碳青霉烯类）呈现耐药，57.44%的菌株对多粘菌素B耐药。值得注意的是，氨苄西林-舒巴坦（FAM）和头孢西丁（FOX）的耐药率高达93.62%，而氨基糖苷类抗生素（如阿米卡星）仅51.06%的菌株敏感。这种耐药谱特征提示当前临床常用的β-内酰胺类抗生素已难以有效控制感染。

在新型抗菌材料筛选方面，研究证实Hs-PPy单独使用时对MDR-K. pneumoniae无直接抑菌作用，但通过破坏生物膜结构显著降低细菌的定植能力。苯甲酸展现出明确的抗菌活性，其最小抑菌浓度（MIC）范围在2-4 mg/mL之间，且对42.31%的菌株（12/26）可达到 bactericidal（杀菌）效果。更值得关注的是，当将Hs-PPy与苯甲酸按1:4比例复合使用时，不仅能显著降低MIC值（达0.25 mg/mL），还能有效抑制强生物膜产生株（Isolate 5825）的生物膜形成，其抑制效果较单一成分提升2-4倍。

生物膜分析显示，所有菌株均具备生物膜形成能力，其中96.15%为弱生膜株，仅3.85%的菌株（1/26）呈现强生膜特性。实验发现，在亚抑制浓度（1/2 MIC）下，Hs-PPy/BA复合体系对强生膜株的生物膜抑制率高达100%，而对普通弱生膜株的抑制效果（约15-30%）显著优于单一处理。这种差异可能与Hs-PPy通过静电作用破坏生物膜多糖基质，而BA通过多重机制干扰细菌代谢有关。

研究进一步揭示了协同增效的分子机制：Hs-PPy作为载体材料，可增强苯甲酸对细菌细胞膜的作用效果。苯甲酸不仅通过释放质子破坏膜电位，还能干扰生物膜中细菌间的信号传递（如假单胞菌素合成）。结合实验中观察到的复合体系对ATCC 25923（金黄色葡萄球菌生物膜阳性对照）的显著抑制效果，证实这种协同作用具有普适性。

在应用前景方面，研究证实Hs-PPy/BA复合体系对医院常见表面（如呼吸机管路、手术器械）的生物膜清除效果优于传统抗生素。通过表面涂层技术，可使医疗设备表面微生物负载降低90%以上，且该材料在pH 5-9范围内保持稳定，适合用于潮湿环境中的持续抗菌处理。此外，实验中未检测到复合体系对人类细胞的毒性，其细胞毒性指数（CC50）超过400 μg/mL，提示该材料具有开发成生物安全型抗菌涂层的应用潜力。

本研究为耐多药革兰氏阴性菌的防控提供了新思路。通过材料科学（Hs-PPy）与天然产物（BA）的协同创新，既规避了单一抗生素耐药性问题，又通过物理屏障作用降低细菌耐药基因的传播风险。研究建议后续工作可重点关注：（1）不同胶囊类型（如K1/K2/K5等）对生物膜形成的调控作用；（2）复合体系在动态流体环境中的长期稳定性；（3）与其他广谱抗生素（如磷霉素）的配伍方案优化。这些研究方向的突破将推动生物材料在感染控制领域的实际应用。