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在现代医学中，大肠杆菌（E. coli）生物被膜相关感染治疗困难，且现有治疗手段面临耐药性等问题。研究人员针对圆叶茅膏菜开展研究，发现其活性化合物黄酮类和萘醌类能抑制耐药大肠杆菌生物被膜形成，且提取物安全性良好，为新植物药研发提供可能。
在医疗领域，大肠杆菌（
E. coli）引发的感染一直是个棘手的问题。尤其是那些具有多重耐药性且能产生超广谱 β- 内酰胺酶（ESBL）的大肠杆菌菌株，更是让传统的抗生素治疗捉襟见肘。它们形成的生物被膜就像一层坚固的 “堡垒”，不仅能帮助细菌抵御外界的攻击，还使得感染极易复发。同时，传统的植物药开发往往忽视了原料的可持续性、安全性以及作用机制的研究。圆叶茅膏菜作为一种传统药用植物，曾经在欧洲用于治疗痉挛性呼吸道感染，但由于过度采摘和泥炭地破坏，它的数量急剧减少，在现代植物疗法中也逐渐被遗忘。如今，随着泥炭地重新湿润和圆叶茅膏菜可持续种植的实现，对其药用价值的深入挖掘显得尤为重要。在此背景下，来自国外的研究人员开展了一项针对圆叶茅膏菜的研究，该研究成果发表在《Biofilm》上。这项研究意义重大，有望为开发新型植物药提供新的思路和方向，缓解耐药菌感染带来的医疗压力。
研究人员主要运用了蛋白质组学、代谢组学技术，通过对蛋白质和代谢物的分析来探究圆叶茅膏菜活性成分的作用机制。同时，采用 3D 细胞培养和大蜡螟（Galleria mellonella）体内模型进行毒性评估，利用 CAS（Chrom-Azurol-S） 测定法分析铁结合能力，借助 LC-MS/MS（液相色谱 - 串联质谱）技术检测细胞内多胺浓度。
1. 毒性评估
研究人员利用 3D 黏膜模型和大蜡螟幼虫模型评估圆叶茅膏菜提取物及各组分的毒性。在 3D 黏膜模型实验中，提取物和黄酮类组分处理后细胞活力未受影响，而萘醌类组分处理后细胞活力呈浓度依赖性下降。在大蜡螟幼虫实验中，给予 2000 mg/kg 的提取物和各组分后，幼虫死亡率较低，综合判断提取物和各组分可能属于低毒的 4 类物质。
2. 生物被膜形成抑制机制分析
研究人员对在生物被膜形成条件下培养的大肠杆菌 ST131 进行蛋白质组学分析。结果显示，与未处理的对照组相比，圆叶茅膏菜处理后有 146 种蛋白质丰度发生显著变化。通过功能分类和 STRING 分析发现，处理影响了非核糖体肽生物合成、硫胺素生物合成、脂肪酸降解等代谢途径。比如，处理后铁载体非核糖体肽生物合成途径中部分蛋白质含量增加，可能是对处理诱导应激的反应；硫胺素生物合成途径中部分蛋白质丰度改变，表明处理影响了细胞能量代谢。
为了探究圆叶茅膏菜对铁代谢的影响，研究人员进行了深入研究。铁在大肠杆菌的生命活动中至关重要，其在生物被膜形成过程中扮演着复杂的角色。研究发现，圆叶茅膏菜中的黄酮类和萘醌类化合物具有结合铁（III）离子的能力，这可能导致大肠杆菌铁摄取受阻。通过 CAS 测定法证实，黄酮类组分、2″-O- 没食子酰基金丝桃苷和提取物在一定浓度下具有铁络合特性，萘醌类组分也有一定的铁结合能力。此外，蛋白质组分析表明，处理后参与铁转运和铁载体生物合成的蛋白质水平发生改变，进一步证明圆叶茅膏菜影响了大肠杆菌的铁稳态。
研究人员还对圆叶茅膏菜处理后的大肠杆菌进行代谢组学分析。结果发现，处理对代谢物丰度影响较小，但在碳水化合物代谢、三羧酸循环、氨基酸代谢和脂肪酸降解等过程中，部分代谢物发生了变化。例如，代谢物柠檬酸盐的丰度增加，它在大肠杆菌中可作为铁载体，这可能是对铁缺乏的一种补偿代谢。
多胺平衡在生物被膜形成中起着关键作用，研究人员对此也进行了研究。结果显示，圆叶茅膏菜处理后，参与多胺转运和合成的蛋白质丰度发生变化，如 PotF、YdcS 等转运蛋白丰度下降，而 SpeF 合成酶丰度增加。通过 LC-MS/MS 分析发现，处理后细胞内亚精胺浓度降低，腐胺浓度变化可能与精氨酸摄取减少和替代合成途径激活有关。这些结果表明，圆叶茅膏菜可能通过干扰多胺摄取，影响细胞内多胺平衡，进而抑制生物被膜形成。
综合上述研究，圆叶茅膏菜中的黄酮类和萘醌类化合物在抑制大肠杆菌生物被膜形成方面发挥着重要作用。它们可能通过不同的途径影响生物被膜形成，黄酮类化合物主要通过络合铁离子诱导铁缺乏，同时黄酮类和萘醌类化合物都可能影响多胺转运，降低细胞内多胺浓度。虽然难以精确界定两类化合物的具体作用机制，但它们在生物被膜抑制过程中表现出协同或相加效应。此外，毒性研究表明，尽管圆叶茅膏菜中含有潜在细胞毒性的萘醌类化合物，但其提取物整体安全性良好。这项研究为圆叶茅膏菜作为新型植物药的开发提供了有力的理论依据，未来可进一步通过结合研究、基因敲除突变体研究以及转运机制研究，深入探索其作用机制，推动新型植物药的研发进程，为解决耐药菌感染问题提供新的方案。
