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为解决生物膜危害及等离子体活化水（PAW）抗生物膜机制不明问题，研究人员开展大肠杆菌生物膜对 PAW 应激反应的研究。结果发现 PAW 处理后基因表达变化显著，明确关键基因和通路。这为理解 PAW 抗生物膜机制提供新视角。
在众多行业中，不锈钢表面极易形成生物膜，这些由微生物细胞聚集并包裹在胞外聚合物中的生物膜，与浮游细胞在生长、基因表达等方面差异显著。它们不仅能抵御常规抗菌手段，还会对材料造成损害，引发感染和疾病爆发，带来巨大的经济损失。而等离子体活化水（PAW）作为一种新兴技术，因含有活性氧和氮物种（RONS），在杀灭生物膜和浮游细菌方面展现出潜力，尤其是超氧阴离子被认为在其中发挥关键作用。然而，PAW 抗生物膜的确切遗传机制却一直不为人知。
为了揭开这一神秘面纱，国外研究人员针对不锈钢表面形成的大肠杆菌（Escherichia coli）生物膜展开研究。他们想弄清楚在 PAW 处理下，生物膜的应激反应是怎样的，超氧阴离子及其活性氧副产物如何影响生物膜在氧化应激中的存活。研究成果发表在《Biofilm》上。
研究人员运用了多种关键技术方法。首先是转录组学技术，通过对 PAW 处理后的大肠杆菌生物膜进行 RNA 测序（RNA-seq）和转录组分析，来评估基因表达变化；其次利用基因敲除技术，构建相关基因的敲除突变体，研究这些基因在生物膜应对 PAW 处理时的功能；此外，还采用染色测定法，如 2′,7′–二氯荧光素二乙酸酯（DCFDA）和 4,5 - 二氨基荧光素二乙酸酯（DAF-FM）染色，分别检测细胞内活性氧（ROS）和活性氮物种（RNS）的积累情况 。
在研究结果部分：
- 基因表达差异：研究发现，经 2 分钟亚致死剂量 PAW 处理后，大肠杆菌生物膜的基因表达发生显著变化。与 PAW - Tiron（超氧阴离子清除剂处理的 PAW）和对照组相比，约 40% 的基因表达出现差异。PAW 处理使 478 个基因上调（>1.5 log2FC），186 个基因下调（2FC）。
- 关键通路分析：通路和生物学过程富集分析表明，PAW 处理的生物膜中，硫代谢、ATP 结合盒（ABC）转运体基因、氨基酸代谢 / 生物合成途径、次氯酸盐反应系统和氧化磷酸化等相关基因显著上调。例如，硫代谢在 PAW 处理组中富集程度较高，相关基因参与铁硫簇修复等过程；ABC 转运体基因的上调有助于物质运输和抵御氧化应激；氨基酸代谢途径的变化与应对 ROS 损伤有关。
- 关键基因功能验证：研究人员选取了trxC、cysP和nuoM基因进行深入研究。通过构建相应的基因敲除突变体，发现 ΔtrxC和 ΔnuoM突变体在 PAW 处理后生物膜活力显著降低，细胞内 ROS 积累明显增加，表明这两个基因在抵御 PAW 中的 ROS 方面发挥重要作用。ΔcysP突变体虽生物膜活力未显著下降，但细胞内 ROS 积累显著，暗示其在硫转运和应对氧化应激中也有一定功能。
在研究结论和讨论部分，该研究首次揭示了 PAW 的作用机制，明确了大肠杆菌生物膜在 PAW 处理下的应激反应。2 分钟的 PAW 处理就能显著降低生物膜活力，引发复杂的细胞反应，上调大量基因。这一成果凸显了 PAW 作为抗生物膜剂的潜力。不过，目前仍有许多未知有待探索，如长期处理对多代大肠杆菌生物膜的影响，以及对更多相关基因敲除突变体的研究等。但无论如何，该研究为理解等离子体技术在生物膜控制方面的潜力提供了新的视角，有望成为应对抗生素耐药（AMR）问题，以及解决传统抗菌剂对生物膜无效情况的有效手段，在水净化、食品工业和临床医疗等多个领域具有广阔的应用前景。
