植物源外排泵抑制剂调控细菌生长及形态的新策略：抗菌治疗与工业应用的潜力

为解决抗生素耐药性（AMR）和细菌生物膜形成的难题，研究人员聚焦植物源外排泵抑制剂（EPIs）对细菌生长动力学及集群形成的影响。通过测定最小抑菌浓度（MIC）、生物反应器生长曲线分析及数字全息断层扫描（DHT），发现小檗碱（BER）、巴马汀（PAL）和姜黄素（CUR）可显著延缓细菌对数期生长并抑制集群发育。该研究为开发新型抗菌组合疗法及食品、化妆品工业防腐剂提供了天然候选物质。

　　

抗生素耐药性（AMR）已成为21世纪全球健康的主要威胁，预计到205年每年将导致1000万人死亡。过度使用抗生素和细菌生物膜的形成是加剧耐药性的关键因素。生物膜中细菌通过外排泵（Efflux pumps）快速排出药物，并通过细胞间通讯和胞外聚合物（EPS）增强耐受性，使得传统消毒手段效率低下。例如，重症监护病房90%的表面存在生物膜，标准清洁程序仅能清除约97%的菌体。植物源天然化合物因其低毒性和多重作用机制，成为对抗耐药菌的新希望。

为探索植物源外排泵抑制剂（EPIs）的潜在应用，国内某理工大学的研究团队选取小檗碱（BER）、巴马汀（PAL）、姜黄素（CUR）等6种化合物，以变形杆菌（P.mirabilis）、大肠杆菌（E.coli）、粪肠球菌（E.faecalis）和蜡样芽孢杆菌（B.cereus）为模型，系统评估了这些物质对细菌生长和形态的影响。研究发现，PAL、BER和CUR不仅能抑制细菌生长，还通过干扰Sortase A（SrtA）酶活性阻断生物膜形成。相关成果发表在《Industrial Crops and Products》上，为开发新型抗菌策略和工业防腐方案提供了重要依据。

研究采用四项关键技术：1）改良刃天青法测定MIC，优化DMSO浓度至5%以平衡溶解性与细菌活性；2）生物反应器实时监测OD₈₅₀
值，解析生长曲线动力学参数；3）低熔点琼脂糖构建三维培养体系，模拟固体环境下的细菌行为；4）数字全息断层扫描（DHT）定量分析细菌集群的折射率（RI）、体积和干质量，实现无标记动态观测。

3.1 MIC评估
通过改良刃天青法测定发现，PAL、BER和CUR对革兰阳性菌（如B.cereus和E.faecalis）的MIC值显著低于革兰阴性菌（E.coli），其中PAL对E.faecalis的MIC达4096 μg/ml。值得注意的是，这些化合物同时具备Sortase A抑制剂（SrtAI）特性，可通过阻断表面蛋白锚定抑制细菌黏附。

3.2 生长动力学分析
添加0.25 MIC的EPIs后，细菌对数期显著延长。例如，E.faecalis在BER作用下最大生长速率降低53.8%，倍增时间从0.55小时延长至1.18小时。PAL处理使E.coli的OD值异常升高，推测与细胞尺寸缩小（2-2.5 μm vs 对照组的4.5-5.5 μm）及资源分配策略改变有关。

3.3 细菌集群定量评估
DHT显示，EPIs处理24小时后，B.cereus的RI中位数下降0.00248，细胞体积仅增长1.12倍（对照组为9.37倍），表明分裂完全抑制。E.faecalis在PAL作用下虽能分裂，但集群体积增幅（2.43倍）仅为对照组（4.14倍）的一半，且RI值降低，证实SrtA活性受抑。E.coli在PAL处理后细胞尺寸缩小，分裂频率从4次/1.5小时降至1次，揭示其通过形态适应应对环境压力。

该研究证实，植物源EPIs通过双重机制（抑制外排泵和SrtA）调控细菌生长与形态。PAL、BER和CUR在亚抑菌浓度下即可延缓液体培养基中的细菌增殖，并显著抑制固体基质上的集群发育。这一发现为开发新型抗菌组合疗法提供了方向——例如将EPIs与现有抗生素联用，或将其整合至食品包装和医疗器械涂层中。研究还提示，需针对不同菌种和环境条件（如pH、温度）优化EPIs应用方案。未来工作应深入解析EPIs的分子靶点，并探索其在复杂体系（如人体微生态）中的相互作用，以推动天然抗菌剂的临床转化。

值得注意的是，植物代谢产物的生物合成调控（如m6A RNA修饰）可能进一步提升其抗菌效能，这为合成生物学改造提供了新思路。该成果不仅具有学术价值，更契合可持续发展理念，为减少工业合成防腐剂的使用提供了绿色替代方案。