基于尼罗红与香豆素骨架的疏水性荧光探针合成及其在单增李斯特菌生物膜标记中的应用与影响评估

本研究针对细菌生物膜荧光标记工具匮乏的问题，开发了基于尼罗蓝(Nile blue)、尼罗红(Nile red)和香豆素(coumarin)骨架的新型疏水性荧光探针，系统评估其对单增李斯特菌(Listeria)生物膜标记效果及生长的影响。研究发现SP-AM 7（尼罗红类）和PAG 31（香豆素类）具有显著抑菌和抑制生物膜形成作用，而PAG 19（尼罗蓝类）标记缓慢但干扰最小，SP-AM 8虽促进生物膜形成但适合生长过程标记。该研究为生物膜研究提供了化学-物理-生物学多维评价体系。

　　

细菌生物膜是微生物在表面形成的复杂群落结构，其三维架构研究对理解感染机制至关重要。然而，当前共聚焦荧光显微镜(confocal fluorescence microscopy)技术面临核心挑战：高效标记工具稀缺。传统异源表达融合蛋白方法操作复杂，而小分子化学荧光探针虽具潜力，却缺乏对其影响生物膜形成的系统评估。这一瓶颈严重制约了生物膜结构研究的准确性与应用广度。

针对这一科学难题，斯洛文尼亚约瑟夫·斯蒂芬研究所(Jo?ef Stefan Institute)的Nika Jane?团队设计了一项创新研究。他们通过理性设计合成系列疏水性荧光探针，以尼罗蓝、尼罗红和香豆素为骨架，系统评估这些探针对单增李斯特菌生物膜的标记效能及生物学影响。该成果发表于《Journal of Microbiological Methods》，为生物膜研究提供了兼具实用性和科学严谨性的新型工具。

研究采用三大关键技术：1）基于荧光骨架的探针化学合成与表征；2）生物膜动态生长监测系统；3）激光共聚焦三维成像定量分析。通过比较不同探针标记策略（生长过程标记vs成像前标记），结合生物量测定和杀菌效应评估，建立了多维评价体系。

探针设计与生物膜标记效果
研究发现尼罗红衍生物SP-AM 7和香豆素衍生物PAG 31表现出强烈杀菌活性，能显著抑制生物膜发育。而尼罗蓝衍生物PAG 19虽标记速率较慢，但对生物膜参数影响最小，适合长期观察实验。值得注意的是，快速标记的尼罗红探针SP-AM 8意外表现出促进生物膜形成的特性。

三维结构影响
通过Z轴层析成像发现，部分探针虽不影响总生物量，但会导致生物质在三维空间重新分布。这种"结构重编程"效应提示探针可能通过改变胞外聚合物(EPS)的物理化学性质影响生物膜构筑。

标记策略比较
生长过程持续标记较成像前标记能显著降低生物量测量变异系数，但残留未结合探针的问题在慢速标记探针中尤为突出。部分探针还会干扰细菌表面粘附，这通过接触角测量和表面能计算得到验证。

该研究首次系统揭示了荧光探针化学结构-标记效率-生物效应之间的构效关系。其创新价值体现在三方面：1）发现尼罗红/香豆素骨架的抗菌活性拓展了探针的双功能应用；2）确立生长过程标记策略的标准化优势；3）提出探针可能通过改变界面能影响生物膜构筑的新机制。这些发现为感染生物学研究提供了更可靠的成像工具选择标准，同时为抗生物膜材料开发提供了新思路——如利用SP-AM 8的促生物膜特性可能加速消毒剂测试流程。未来研究可进一步优化探针药代动力学参数，开发具有时空分辨能力的智能标记系统。