新型聚半乳糖醛酸酶PG-BG31抑制导管相关大肠杆菌生物膜形成并增强抗生素疗效

针对导管相关尿路感染(CAUTIs)中大肠杆菌生物膜耐药难题，塞尔维亚研究团队从Pedobacter sp. BG31中发现新型聚半乳糖醛酸酶PG-BG31。该酶通过降解含葡萄糖醛酸的胞外多糖(EPS)，在2-5 μg/mL浓度下即可抑制99.99%生物膜形成，显著提升环丙沙星和甲氧苄啶疗效，其最适温度(25-42°C)与pH(5.0-6.0)完美匹配尿液环境，为抗生物膜策略开发提供新方向。

　　

导管相关尿路感染(CAUTIs)占医院获得性感染的40%以上，其中大肠杆菌(Escherichia coli)形成的生物膜是治疗失败的关键因素。这些由胞外多糖(EPS)、蛋白质和DNA构成的"细菌堡垒"，能使抗生素有效性下降千倍。更棘手的是，尿路致病性大肠杆菌(UPEC)还能侵入膀胱上皮细胞形成细胞内生物膜样群落，导致感染反复发作。传统酶解法虽能破坏生物膜，但常用蛋白酶K、DNA酶等在临床分离菌株中效果有限，亟需针对大肠杆菌生物膜特异性成分的新武器。

塞尔维亚共和国科学、技术发展和创新部资助的研究团队，从环境菌株Pedobacter sp. BG31中挖掘出新型聚半乳糖醛酸酶PG-BG31。这种能分解葡萄糖醛酸寡糖的酶，精准靶向大肠杆菌生物膜中的脂多糖(LPS)、荚膜多糖(CPS)和胶酸(colanic acid)——这些含葡萄糖醛酸的多糖正是细菌抵抗宿主免疫的"分子盔甲"。相关成果发表在《Journal of Biotechnology》上。

研究人员采用多学科技术手段：通过生物信息学分析预测酶活性位点；异源表达获得重组酶；以聚半乳糖醛酸为底物进行酶学表征；采用结晶紫染色、活菌计数和共聚焦显微镜三种方法评估生物膜抑制效果；建立人工尿液模型模拟生理环境；结合抗生素敏感性试验验证协同效应。

【生长培养基和微生物菌株】

在BHI、LB和人工尿液(AU)培养基中测试了12株临床分离的UPEC菌株，涵盖不同生物膜形成能力。

【PG-BG31的鉴定与生物信息学分析】

该酶属于GH28家族，与已报道的Aspergillus niger聚半乳糖醛酸酶仅28%相似度，具有新颖的底物结合域。分子对接显示其活性口袋可容纳葡萄糖醛酸六糖单元，这解释了其对大肠杆菌EPS的特异性。

【结论】

PG-BG31在25-42°C和pH 5.0-6.0范围内保持高活性，与尿液环境完美匹配。其生物膜半数抑制浓度(BIC₅₀)低至2-5 μg/mL，较蛋白酶K等传统酶制剂效率提升10倍。与抗生素联用时，预处理组生物膜活菌数下降4个数量级(99.99%)，且抗生素使用浓度降低8倍。

该研究的突破性在于：首次发现细菌源聚半乳糖醛酸酶的抗生物膜活性；阐明其通过水解葡萄糖醛酸链破坏EPS基质的作用机制；证实酶解法可逆转大肠杆菌对氟喹诺酮类和叶酸拮抗剂的耐药性。由于PG-BG31对哺乳动物细胞和线虫(C. elegans)无毒性，使其成为功能性导管涂层的理想候选，为CAUTIs的预防和治疗提供了新思路。