黄芩、艾叶与五倍子提取物对短小杆菌蛋白质表达及庆大霉素耐药基因的调控机制研究

本研究针对环境中抗生素耐药基因(ARGs)污染问题，创新性地采用黄芩(Scutellaria baicalensis)、艾叶(Folium Artemisiae Argyi)和五倍子(Galla Chinensis)三种植物提取物，通过磷去除性能测试、蛋白质拉曼光谱分析和耐药基因丰度检测，揭示了其对短小杆菌(Exiguobacterium sp.)庆大霉素耐药性逆转的作用机制，为环境耐药基因控制提供了新策略。

　　

随着水产养殖和医疗领域抗生素的广泛使用，环境中抗生素残留水平持续上升，导致微生物通过基因突变获得耐药性。更严峻的是，耐药基因(ARGs)能在不同环境介质中持久存在并扩散，其环境风险甚至超过抗生素本身。在此背景下，安徽建筑大学环境与能源工程学院的研究团队在《Scientific Reports》发表了一项突破性研究，探讨了传统中药提取物逆转微生物耐药性的分子机制。

研究聚焦污水处理系统中的关键功能微生物——聚磷菌短小杆菌(Exiguobacterium sp.)，该菌株对庆大霉素表现出的耐药性严重威胁生物除磷效率。团队创新性地选用三种具有悠久药用历史的植物：黄芩(含黄酮类)、艾叶(含多糖)和五倍子(含鞣质)，通过检测磷去除率、蛋白质构象变化和耐药基因丰度，系统评估了这些提取物对耐药基因的干预效果。

关键技术包括：采用拉曼光谱分析蛋白质二级结构变化，通过荧光定量PCR检测5种庆大霉素耐药基因(armA、rmtB、rmtA、rmtC、rmtD)丰度，结合BCA法测定蛋白泄漏量。实验菌株来自实验室保藏的除磷效率达95.12%的短小杆菌，中药提取物浓度设定为最小抑菌浓度(MIC)的1/2。

蛋白质浓度变化
耐药菌株在庆大霉素作用下蛋白泄漏量稳定在8 mg/L，而经黄芩处理的菌株在40分钟出现蛋白泄漏陡增，110分钟达91.55 mg/L，接近敏感菌水平(92.65 mg/L)。

显示黄芩通过破坏膜转运蛋白稳定性，有效抑制了耐药菌的庆大霉素外排泵功能。

蛋白质拉曼光谱特征
拉曼光谱揭示关键差异：耐药菌的C=C=C=C键(880 cm^-1)在黄芩处理后转变为不稳定的C=C键(1543-1585 cm^-1)，

证实其通过黄酮类物质干扰了细菌膜蛋白的刚性结构。五倍子则使CH₃-C=O键(1425 cm^-1)断裂，表明鞣质可破坏维持耐药性的关键蛋白构象。

耐药基因丰度变化
荧光定量PCR显示中药处理使耐药基因丰度显著降低，其中五倍子对rmtD基因的抑制最显著(1.5 copies/g)，黄芩对rmtA的抑制较弱(157 copies/g)。

证实植物活性成分可通过表观遗传调控抑制耐药基因表达。

该研究首次阐明传统中药在环境耐药基因控制中的双重作用机制：既可通过黄酮类物质(如黄芩苷)抑制外排泵蛋白表达，又能通过鞣质(如五倍子)阻断质粒接合转移。这一发现为开发基于植物提取物的环境耐药基因阻断剂提供了理论依据，对保障水生态系统安全具有重要意义。论文同时指出，未来需进一步解析黄酮-膜蛋白相互作用的分子动力学过程，以优化植物源耐药逆转剂的靶向性。