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为解决水产养殖等场景中希瓦氏菌属（Shewanella）生物膜引发的问题，研究人员探究希瓦氏菌 Pdp11 胞外产物（ECPs）对生物膜形成的影响。发现特定 ECPs 可调控生物膜，糖原是关键代谢物，相关成果为生物膜管理提供新方向。
论文解读
在微生物的世界里，细菌为了生存演化出多种策略，生物膜形成便是其中之一。这种由细菌自身分泌的胞外聚合物（EPS）包裹形成的结构化群体，能帮助细菌抵御干燥、抗生素等不利环境，却也给临床医疗、工业生产和水产养殖带来诸多挑战。在水产领域，希瓦氏菌属既是常见的环境微生物，部分菌株又是条件致病菌，其形成的生物膜不仅可能成为病原菌的 “庇护所”，引发鱼类感染和水质恶化，还会导致生物 fouling，影响养殖效率。然而，如何有效调控这类细菌的生物膜形成，一直是困扰研究者的难题。
为了攻克这一难题，西班牙马拉加大学（Universidad de Málaga）的研究人员将目光聚焦于具有益生菌潜力的希瓦氏菌 Pdp11（Shewanella sp. Pdp11），开展了其胞外产物（Extracellular Products, ECPs）对生物膜形成调控作用的研究。相关成果发表在《Microbial Ecology》上，为解析希瓦氏菌生物膜调控机制及开发新型生物膜管理策略提供了重要依据。
主要技术方法
研究采用了多学科交叉的技术手段：通过结晶紫（CV）染色法量化生物膜形成量，借助共聚焦显微镜和扫描电子显微镜（SEM）观察生物膜结构与形态；运用超高效液相色谱 - 四极杆飞行时间质谱（UPLC-QTOF）进行非靶向代谢组学分析，筛选差异代谢物；利用 TBLASTN 技术对糖原合成相关基因（glgC、glgB）进行基因组比对，并通过外源添加糖原开展功能验证实验。
研究结果
ECPs 对生物膜形成的差异调控
通过 CV 染色分析发现，Pdp11 在不同培养条件下产生的 ECPs 对多种希瓦氏菌的生物膜形成具有显著影响。其中，哈夫尼希瓦氏菌 P14（S. hafniensis P14）对 ECPs 最为敏感：来自 FM2324 条件的 ECPs 可显著增强其生物膜形成，而对照处理则导致生物膜结构出现大面积间隙、细菌密度降低。显微镜观察进一步证实，FM2324-ECPs 处理后的生物膜具有更致密的胞外基质和更高的细菌附着量。
代谢组学揭示糖原的关键作用
代谢组学分析显示，FM2324 条件下的 ECPs 中糖原含量显著富集，且与生物膜形成呈正相关。通过火山图和韦恩图筛选出 23 种 ECPs 特异性代谢物，其中糖原在功能分类中属于碳水化合物类，被初步推断为生物膜调控的核心代谢物。
基因组缺陷与代谢物依赖的关联
基因组分析发现，S. hafniensis P14 等环境菌株缺乏糖原合成关键基因 glgC 和 glgB，无法自主合成糖原；而致病菌株如腐败希瓦氏菌（S. putrefaciens）和海藻希瓦氏菌（S. algae）则保留完整的糖原合成通路。外源添加糖原实验表明，S. hafniensis P14 的生物膜形成可被外源糖原显著挽救，证实其对外部糖原的代谢依赖性。
生物膜结构与代谢物的功能验证
共聚焦和 SEM 成像显示，外源糖原补充可恢复 IC 处理导致的生物膜结构损伤，使细菌长度和密度接近对照组水平。这一结果与代谢组学和基因组分析形成完整证据链，表明糖原通过补偿菌株自身合成缺陷，直接参与生物膜基质构建和细菌黏附过程。
研究结论与意义
本研究首次系统揭示了希瓦氏菌 Pdp11 胞外产物通过代谢物（尤其是糖原）调控生物膜形成的机制。研究发现，糖原不仅是能量储存物质，更在生物膜基质合成中扮演关键角色，其作用具有显著的菌株特异性 —— 依赖于目标菌株是否具备糖原合成能力。对于缺乏 glgC/glgB 基因的环境菌株（如 S. hafniensis），Pdp11 通过分泌糖原 “支援” 其生物膜形成，这可能是微生物间代谢互作的一种生态策略；而对于致病菌株，ECPs 中的其他成分（如蛋白酶、抗菌肽）则可能发挥抑制作用。
这些发现为水产养殖中精准调控微生物群落提供了新思路：通过优化益生菌培养条件（如使用 FM 培养基），可定向调控目标菌株的生物膜行为，例如增强有益菌生物膜以竞争排斥病原菌，或抑制有害生物膜形成。同时，靶向糖原代谢通路的干预策略（如开发糖原类似物）有望成为替代抗生素的新型生物膜控制手段，为解决工业和医疗领域的生物膜污染问题提供了潜在靶点。此外，研究中建立的多组学联合分析方法，为解析微生物 - 代谢物互作机制提供了可借鉴的技术范式。
