《Environmental Technology & Innovation》：Marinone-based coatings for eco-friendly and sustainable marine applications: Antibiofouling and antibiofilm efficacy and ecotoxicological assessment
编辑推荐：
本研究首次探讨了从海洋链霉菌 Streptomyces aculeolatus PTM-346菌株获得的富含marinone衍生次级代谢产物的粗提物，在掺入涂料配方后的防污潜力，并评估了其性能与生物安全性。该粗提物以三种不同浓度掺入一种无杀生物剂的商业船舶涂料
本研究首次探讨了从海洋链霉菌 Streptomyces aculeolatus PTM-346菌株获得的富含marinone衍生次级代谢产物的粗提物，在掺入涂料配方后的防污潜力，并评估了其性能与生物安全性。该粗提物以三种不同浓度掺入一种无杀生物剂的商业船舶涂料中。研究人员评估了所得涂层的微污损和宏污损性能，并对目标污损物种进行了生态毒理学评估。结果表明，所有三种含marinone的配方均显著降低了贻贝 Mytilus galloprovincialis 的附着率（22-33%），同时在整个10天暴露期内维持了100%的存活率，这与导致急性死亡率的铜基和伊维菌素涂层形成鲜明对比。然而，在静态暴露条件下，这些涂层未表现出抗生物膜活性。生态毒理学评估显示，仅引发了有限的、非线性的、组织特异性的氧化应激反应，主要表现为总抗氧化能力（TAC）和脂质过氧化（LPO）水平的轻微波动，而核心抗氧化酶如谷胱甘肽S-转移酶（GST）、超氧化物歧化酶（SOD）和过氧化氢酶（CAT）的活性基本未受影响。总体而言，本研究表明PTM-346粗提物在掺入无杀生物剂涂层后仍能保持其抗大型污损生物活性，显示出作为环境友好型防污策略的巨大潜力，尽管其抗生物膜活性有限且需进一步开展长期动态研究。
论文解读文章
研究背景与目的
海洋生物污损是指微生物、藻类和无脊椎动物等生物在浸没于海水的人工或天然表面上的非期望性积聚。这一现象对航运业、海洋基础设施等造成严重影响，例如增加船体粗糙度和摩擦阻力，导致燃油消耗最高增加40%，并带来高昂的维护成本和环境问题（如温室气体排放增加、入侵物种传播）。传统防污涂料曾使用三丁基锡（TBT）等有机锡化合物，因其强效但严重的生态破坏性而被国际禁用。当前主流的铜基涂料虽广泛应用，但其释放的铜离子对非靶标生物构成生态风险，正面临日益严格的监管审查。因此，开发高效、低毒、环境友好的新型防污剂成为迫切需求。海洋天然产物，特别是来自放线菌的次级代谢产物，展现出作为替代品的巨大潜力。本研究旨在首次探究从海洋链霉菌 Streptomyces aculeolatus PTM-346菌株获得的、富含marinone类化合物的粗提物，在掺入商业无杀生物剂涂料配方后，是否能保持其抗微污损和抗宏污损活性，并对其生态毒性进行综合评估，以期推动下一代环保防污涂料的开发。
主要技术方法
研究人员采用了多种关键技术方法：首先，通过大规模发酵培养 S. aculeolatus PTM-346菌株（菌株分离自葡萄牙马德拉群岛的洋底沉积物），并经乙酸乙酯萃取获得富含marinone衍生物（madeirone和neomarinone）的粗提物。其次，将粗提物以7.81 μg/mL、31.25 μg/mL和10 mg/mL三个浓度掺入由Hempel?公司提供的无杀生物剂（BF）涂料基质中，制备实验涂层。同时，设置了包含伊维菌素（10 mg/mL）的涂层以及两种市售铜基涂层（含9.7%和36.2% Cu?O）作为对照。随后，以地中海贻贝 M. galloprovincialis 为靶标生物，在静态实验室条件下进行了为期10天的抗大型污损生物效能评估（监测附着率和存活率）。采用结晶紫染色法评估涂层对天然海水中混合微生物群落的抗生物膜活性。最后，通过检测贻贝消化腺和鳃组织中谷胱甘肽S-转移酶（GST）、超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）、总抗氧化能力（TAC）和脂质过氧化（LPO）水平，进行生态毒理学评估。
研究结果
2.1 抗大型污损生物效能评估：通过为期10天的暴露实验，监测贻贝的附着率和存活率。结果显示，无杀生物剂（BF）对照组中几乎所有贻贝都牢固附着，存活率100%，但无防污效果。铜基涂层组（AC-Cu?O-97和AO-Cu?O-362）因高急性死亡率（第6天全部死亡）导致无贻贝附着，反映的是杀生毒性而非真正的防污性能。伊维菌素涂层（BF-Iv-10）也导致贻贝逐渐脱落和高死亡率（10天后仅一只存活）。相比之下，所有三种浓度的marinone基涂层均表现出优异的防污活性：贻贝附着率仅为22-33%，且在整个实验期间维持100%存活率。广义线性混合模型（GLMM）分析表明，中间浓度（31.25 μg/mL）的涂层在整个10天内保持了稳定的驱避效果。
2.2 抗微污损（抗生物膜）效能评估：通过结晶紫染色法量化涂层对天然海水微生物群落生物膜形成的抑制作用。结果显示，高铜含量（36.2%）的自抛光涂层（AO-Cu?O-362）实现了约55%的生物膜抑制率，而低铜含量（9.7%）的可溶基质涂层（AC-Cu?O-97）抑制率为17%，两者均未达到≥80%的有效阈值。伊维菌素涂层几乎无抗生物膜活性（约2%）。重要的是，所有三种marinone基涂层的生物膜抑制率仅为3%-16%，远低于先前报道的纯提取物或分离代谢物在单一菌种测试中的活性。研究人员将此归因于实验条件差异：本实验使用的是成分未知的天然海水混合菌群，且活性代谢物需从固体涂层基质中扩散出来，在静态条件下有效利用率可能降低。
2.3 生态毒性评估：通过检测暴露10天后存活贻贝的氧化应激生物标志物进行评估。结果显示，marinone基涂层仅引发了有限的、非线性的和组织特异性的影响。GST活性在消化腺中无显著变化，仅在最高浓度（10 mg/mL）下鳃中显著下降。CAT活性在两个组织中均无显著差异。SOD活性仅在最低浓度（7.81 μg/mL）与对照组间有显著差异。TAC在消化腺中呈非线性响应（低和高浓度显著下降，中间浓度无变化），鳃中无变化。LPO水平在消化腺和鳃中均观察到显著降低，尤其在较高浓度下，暗示可能存在适应性增强的活性氧（ROS）中和作用。多水平相关性分析显示各生物标志物间无显著相关，表明未触发协调的抗氧化响应。
总结与结论
讨论部分指出，本研究首次证明了PTM-346粗提物在掺入无杀生剂涂料后，能够成功保留其抗大型污损生物活性，且不引起急性致死。其性能优于此前研究的napyradiomycin基涂层（后者在10 mg/mL时导致急性死亡）。虽然抗生物膜活性在静态条件下表现不佳，但这可能与测试条件（天然混合菌群、静态扩散限制）有关，未来需要在动态和实际海洋环境中进一步验证。生态毒理评估表明，该涂层仅引发轻微的亚致死氧化应激，支持其作为更安全替代品的潜力。此外，从循环生物经济角度看，利用可再生的海洋放线菌发酵生产，粗提物直接使用可简化下游工艺、降低成本，具有良好的产业化前景。
研究结论翻译：本研究证明，粗提物PTM-346在掺入无杀生物剂船舶涂料后，能够保留其抗大型污损生物活性。所有三种marinone基配方在10天暴露期内均表现出较低的贻贝附着率（22-33%），同时维持了100%的存活率，这与铜基和伊维菌素基涂层观察到的急性死亡率形成鲜明对比。然而，在所测试的静态条件下，这些marinone基配方未能抑制生物膜形成。生态毒理学评估进一步表明，其引发的氧化应激响应仅限于有限的、非线性的和组织特异性的效应，尤其是在较低浓度下。综上所述，这些结果支持了PTM-346粗提物作为开发更环保防污涂层的有前景候选物的潜力，同时也强调了需要进行更长期、动态和实地研究，以及释放行为、耐久性和机械性能评估，以确定其在实际海洋应用中的适用性。
