《Nano Select》：Green Synthesis of Silver Nanoparticles Using Root Extract of Gomphrena vaga Mart.: Metabolomic Insights Into Nanoparticle Formation and Antimicrobial Activity
编辑推荐：
多药耐药细菌的兴起要求创新的抗菌剂，这些抗菌剂需结合绿色化学原理进行合成，并具有高活性和生物源性框架以促进可持续制剂开发。本研究首次利用Gomphrena vaga Mart.根提取物（GVRE）进行银纳米颗粒（AgNPs）的绿色合成，阐明了参与纳米银形成的植
多药耐药细菌的兴起要求创新的抗菌剂，这些抗菌剂需结合绿色化学原理进行合成，并具有高活性和生物源性框架以促进可持续制剂开发。本研究首次利用Gomphrena vaga Mart.根提取物（GVRE）进行银纳米颗粒（AgNPs）的绿色合成，阐明了参与纳米银形成的植物化学化合物及其抗菌代谢活性。紫外-可见光谱（UV-Vis）和透射电子显微镜（TEM）确认了球形超小AgNPs（4.3 ± 0.1 nm）的形成，其表面等离子体共振（SPR）位于450 nm，而液相色谱-串联质谱（LC-MS/MS）鉴定了关键代谢物，如橙皮苷、阿魏酸和齐墩果酸，作为可能的还原剂和封端剂。合成的AgNPs在动态光散射（DLS）测量下显示出良好的物理化学稳定性，储存五个月后仍保持稳定，并在初步研究中表现出对革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌的显著活性，这可归因于其超小尺寸有利于膜穿透。通过核磁共振（NMR）代谢组学，研究人员揭示了金黄色葡萄球菌中代谢重编程，AgNP@GVRE下调了三羧酸（TCA）循环中间体并上调了苯丙氨酸，表明能量生产受损和碳流重新定向。这项工作整合了植物化学和系统生物学，以揭示植物来源代谢物如何调控纳米材料功能，凸显了AgNP@GVRE作为一种有前景的可持续抗菌剂。
**论文解读：基于Gomphrena vaga Mart.根提取物绿色合成银纳米颗粒的代谢组学与抗菌活性研究**
**研究背景与意义**
随着微生物感染率的上升，传统抗生素耐药性（AMR）问题日益严峻，世界卫生组织（WHO）预测到2050年每年将有1000万人死于耐药菌感染。金黄色葡萄球菌（*Staphylococcus aureus*）作为医院和社区感染的主要病原体，其获得和传播耐药基因（如甲氧西林耐药性MRSA）的能力对治疗构成重大挑战。传统银纳米颗粒（AgNPs）合成常依赖有毒还原剂和合成稳定剂，产生环境有害副产物并引发生物相容性忧虑。因此，基于绿色化学原理、利用植物提取物等自然资源合成AgNPs的方法受到广泛关注。Gomphrena vaga Mart.是一种巴西特有药用植物，具有抗炎和镇痛活性，但在纳米技术领域尚未被充分探索。本研究旨在利用其根提取物（GVRE）绿色合成AgNPs，揭示参与合成的生物分子，并评估其对金黄色葡萄球菌的代谢影响，为开发新型可持续抗菌剂提供理论和实践基础。论文发表在《Nano Select》。
**主要技术方法概述**
研究人员采用超声辅助甲醇提取法制备GVRE，通过紫外-可见光谱（UV-Vis）和傅里叶变换红外光谱（FTIR）初步表征提取物及纳米颗粒。利用高效液相色谱-串联质谱（UHPLC-MS/MS）结合GNPS数据库（余弦评分≥0.70）对GVRE和AgNP@GVRE洗涤后表面结合分子进行代谢物注释（二级标准）。通过动态光散射（DLS）和Zeta电位测量评估粒径、分散性和稳定性；高分辨率透射电子显微镜（HRTEM）观察形态与粒径。采用TMB比色法量化AgNP@GVRE产率。抗菌活性通过微量肉汤稀释法测定最小抑菌浓度（MIC）和最小杀菌浓度（MBC），测试菌株包括金黄色葡萄球菌（CCT1485）、粪肠球菌（CCT1494）、大肠杆菌（CCT1457）和铜绿假单胞菌（CCT1476）。利用核磁共振（NMR）光谱结合主成分分析（PCA）和偏最小二乘判别分析（PLS-DA）评估AgNP@GVRE对金黄色葡萄球菌代谢的影响。样本来源：G. vaga根部采集于巴西巴伊亚州Malhada市农村地区，标本经鉴定并注册于SISGEN（代码ACF6466）。
**研究结果**
**3.1 Gomphrena vaga Mart.提取物表征**
提取物得率为23%（w/w），呈树脂状深棕色。UV-Vis在200–400 nm显示两个吸收峰（210 nm和300 nm），提示存在酚类化合物。DPPH·自由基清除实验显示GVRE具有中等抗氧化活性（1 μg mL?1时9%清除率，200 μg mL?1时35%）。总酚含量（TPC）为329 ± 4 mg GAE/g，总黄酮含量（TFC）为374 ± 16 mg QE/g和491 ± 25 mg RE/g，表明提取物富含酚类和黄酮类化合物，具有还原潜力。
**3.2 AgNP@GVRE的合成与理化表征**
合成后反应液变为橙色，UV-Vis在450 nm出现表面等离子体共振（SPR）峰，证实AgNPs形成。时间进程显示SPR强度在96小时内逐渐增加，表明缓慢连续还原。DLS测得的平均水动力直径为33 ± 10 nm，Zeta电位为-36 ± 6 mV，多分散指数（PdI）为0.170，表明良好胶体稳定性。TMB法测定一周后AgNP@GVRE浓度为0.61 ± 0.01 mmol L?1，产率约68%。HRTEM证实球形形态，粒径4.3 ± 0.1 nm，远小于DLS值，符合预期（水化层与金属核差异）。
**3.3 FTIR分析**
GVRE的FTIR光谱显示O-H（3294 cm?1）、C-H（2927和2880 cm?1）、C=O（1617 cm?1）、C-N（1398和1331 cm?1）等特征峰。AgNP@GVRE洗涤后，这些峰位移至3445、1636和1057 cm?1，表明-OH、C=O和C-N基团与纳米颗粒表面相互作用，作为还原或稳定剂。洗涤后指纹区峰减少，证实去除了弱结合植物化学物。
**3.4 LC-MS/MS分析代谢物谱及可能的还原/封端剂**
GVRE中注释到54种代谢物，AgNP@GVRE洗涤后表面结合部分仅检出23种，表明选择性保留。黄酮类和酚类化合物比例从GVRE的20%和17%分别升至30%和22%，萜类从17%升至22%，脂类从30%降至17%。鉴定出橙皮苷、阿魏酸、齐墩果酸、油酰胺等已知参与AgNPs合成的化合物。20-羟基蜕皮酮虽在根部高浓度存在，但单独测试未成功合成AgNPs，可能仅作为稳定剂。
**3.5 不同储存条件下的胶体稳定性**
未洗涤的AgNP@GVRE在避光室温或冷藏条件下，DLS参数在5个月内保持稳定。洗涤后样品水动力直径增大、Zeta电位和PdI显著变化，表明稳定性下降，这是由于去除了封端分子。光照下室温储存的样品一个月内出现暗沉淀和粒径减小，归因于光诱导氧化溶解。因此，未洗涤样品用于后续抗菌实验。
**3.6 抗菌活性**
GVRE单独在最高测试浓度（96 μg mL?1）下未显示可见生长抑制，MIC和MBC无法确定。AgNP@GVRE对四种菌株均表现出剂量依赖性抑制，MIC均为13.18 μg mL?1，MBC对铜绿假单胞菌和金黄色葡萄球菌为13.18 μg mL?1，对大肠杆菌和粪肠球菌为19.77 μg mL?1。超小尺寸（<10 nm）和高表面积促进了膜穿透，导致对革兰氏阳性和阴性菌相似活性。
**3.7 NMR代谢组学分析AgNP@GVRE对金黄色葡萄球菌代谢的影响**
从1H NMR谱中鉴定出11种代谢物。PLS-DA显示对照组与处理组（6.59 μg mL?1，半MIC）分离良好。显著改变的代谢物（p<0.05）包括：处理组中乙酸和苯丙氨酸上调，富马酸和甲酸下调。关键途径分析显示影响TCA循环、丙酮酸代谢、硫代谢、苯丙氨酸代谢等。机制推测：富马酸下降提示琥珀酸脱氢酶（SDH）受抑制；甲酸下降提示丙酮酸甲酸裂解酶（PflB）受抑制；苯丙氨酸上调表明碳流重定向至芳香族氨基酸合成，可能与应激修复有关。与前期研究（真菌来源AgNP@FO）比较，代谢谱差异表明生物源分子在抗菌活性中起独特作用。
**讨论与结论总结**
研究人员在讨论部分指出，AgNP@GVRE通过多靶点机制发挥抗菌作用，包括抑制TCA循环和发酵代谢、干扰能量生产、破坏氧化还原平衡，以及植物化学封端层的协同效应。研究局限性包括：合成产率68%且需96小时，未完全排除游离Ag?和未结合植物化学物的贡献，NMR分析仅针对金黄色葡萄球菌，缺乏哺乳动物细胞毒性评价和时间分辨LC-MS数据。结论部分翻译：Gomphrena vaga Mart.根提取物被证明是一种有价值的植物化学资源，用于绿色合成超小、球形银纳米颗粒，这些颗粒对革兰氏阳性和阴性病原体具有强效且非选择性的抗菌作用。通过LC-MS/MS代谢组学，研究人员在提取物中注释了54种植物化学物，包括橙皮苷、阿魏酸、齐墩果酸和油酰胺，这些化合物可能有助于纳米颗粒的合成和稳定。据研究人员所知，这是首次报道利用G. vaga Mart.进行纳米技术应用，凸显了其丰富的酚类含量以及创建生物源银基抗菌剂的效力。此外，研究人员观察到提取物中生物活性化合物与AgNPs之间的协同作用，增强了抗氧化活性并确保了长期稳定性。NMR代谢组学进一步揭示了金黄色葡萄球菌中靶向代谢紊乱，通过识别受影响的代谢物提供了AgNP@GVRE作用机制的见解。具体而言，AgNPs处理抑制了关键TCA循环和发酵代谢物（富马酸和甲酸），并将碳流重定向至苯丙氨酸生物合成，表明一种多途径抗菌机制，区别于传统抗生素，并体现了植物化学封端层与金属核之间的协同效应。尽管这些发现展示了AgNP@GVRE在可持续纳米技术应用中的潜力，但研究人员承认本研究的探索性质，所呈现的结果为未来研究奠定了概念和代谢组学基础。进一步研究应聚焦于通过更严格的控制策略分离纳米颗粒核心与残留提取物组分的抗菌贡献，阐明氧化应激应答的分子机制（包括活性氧ROS生成），并使用哺乳动物细胞模型进行全面的生物相容性评估。总体而言，这项工作推进了对生物源纳米颗粒形成及纳米颗粒-微生物相互作用的理解，支持了下一代抗菌纳米材料的开发。
