γ射线诱导黑色素合成Bi2O3纳米颗粒的绿色制备及其对肠外致病菌的抗菌与抗毒力作用研究

本研究针对耐药菌感染难题，通过γ射线辐照黑色素绿色合成Bi2O3 NPs，证实其对肠外致病菌Citrobacter freundii和Enterobacter aerogenes具有显著抗菌（抑菌圈达38.42±0.570 mm）、抗生物膜（抑制率88.25%）及降低毒力因子活性（如抑制过氧化氢酶至1.5 U/mL），为临床抗感染治疗提供新型纳米材料解决方案。

　　

研究背景与意义

微生物耐药性已成为全球公共卫生危机，世界卫生组织预测到2050年每年将有473万人死于耐药菌感染。肠外致病菌如Citrobacter freundii和Enterobacter aerogenes引发的尿路感染因对β-内酰胺类、氨基糖苷类等抗生素广泛耐药而难以治疗。传统抗生素存在破坏宿主菌群平衡、对生物膜无效等局限，亟需开发新型抗菌剂。纳米材料因其独特物理化学性质成为对抗耐药菌的潜在武器，其中氧化铋纳米颗粒(Bi₂O₃ NPs)因低毒性和光催化活性备受关注。本研究创新性地利用γ射线辐照真菌黑色素绿色合成Bi₂O₃ NPs，系统评估其抗菌机制与临床应用潜力。

关键技术方法

研究团队从Curvularia sp. AS21 ON076460提取黑色素，通过γ射线（最佳剂量40 kGy）还原硝酸铋合成Bi₂O₃ NPs，采用FTIR、XRD、DLS/Zeta电位和TEM表征其理化性质。以临床分离的耐药C. freundii和E. aerogenes为对象，通过药敏试验、抑菌圈测定、MIC/MBC检测评估抗菌活性，结合生物膜抑制实验、过氧化氢酶(CAT)和脂肪酶活性检测分析抗毒力效果，并利用SEM观察细菌超微结构变化，MTT法检测对正常肾上皮细胞(Vero)的细胞毒性。

研究结果

1. 纳米颗粒表征

紫外光谱显示Bi₂O₃ NPs在367 nm有特征吸收峰，FTIR证实黑色素羧基与BiO键合（556.58 cm^-1新峰）。XRD显示10.74°-47°衍射峰对应立方晶系，TEM显示20.5±1.7 nm球形颗粒紧密负载于黑色素表面，DLS检测平均粒径69.3±1.35 nm，Zeta电位-4.73 mV表明稳定性良好。

2. 抗菌效能

200 μL Bi₂O₃ NPs对C. freundii和E. aerogenes抑菌圈分别达35.26±0.305 mm和38.42±0.570 mm，优于部分抗生素（如氨苄西林）。MIC/MBC分别为12.5/25 μL和6.25/12.5 μL，显著降低菌落数至0.29×10⁸和0.15×10⁸ CFU/mL。

3. 抗毒力机制

SEM显示NPs破坏细菌膜完整性，导致细胞肿胀破裂。生物膜抑制率达81.05%-88.25%，CAT活性降至1.5±0.62 U/mL（对照18.7±1.73），脂肪酶活性抑制85.8%（C. freundii）。

4. 生物安全性

MTT实验显示IC₅₀为513.9±2.71 μg/mL，表明对正常细胞毒性可控。

结论与展望

该研究首次利用低剂量γ射线辅助黑色素合成高稳定性Bi₂O₃ NPs，通过多重机制（膜损伤、ROS生成、毒力因子抑制）有效对抗耐药菌，且具有显著生物相容性。成果为开发新型纳米抗菌剂提供理论依据，尤其在泌尿系统感染治疗领域潜力巨大。未来需开展动物实验验证体内疗效，并探索其作为药物载体的可能性。论文发表于《World Journal of Microbiology and Biotechnology》，作者团队来自埃及爱资哈尔大学和原子能管理局，体现跨学科合作价值。