紫贻贝介导的硒纳米颗粒绿色合成及其抗菌与杀螺应用

《Scientific Reports》：Mytilus edulis-mediated green synthesis of selenium nanoparticles with antimicrobial and molluscicidal applications

　　

本研究探究了紫贻贝（Mytilus edulis）提取物的生物活性特征及其在硒纳米颗粒（ME-SeNPs）绿色合成中的作用，并进行了全面的生物学评价。高效液相色谱（HPLC）分析显示，提取物中酚类化合物含量较高，其中没食子酸（61.25%）和绿原酸（38.74%）为主要成分，表明其具有较强的抗氧化潜力。气相色谱-质谱联用（GC–MS）分析鉴定出50种化合物，主要为芳香族/杂环成分（37.37%）和脂质衍生成分（37.04%），支持其多样的生物活性，并通过天然还原剂和稳定剂实现纳米颗粒的生物合成。紫外-可见（UV–Vis）光谱证实了ME-SeNPs的成功形成，表现为260–350 nm处的表面等离子体共振（SPR）峰及明显的可见颜色变化。动态光散射（DLS）测量表明其具有中等胶体稳定性，平均粒径为292 nm，zeta电位为?33.13 mV。透射电子显微镜（TEM）和扫描电子显微镜（SEM）形貌表征显示，纳米颗粒为分散良好的球形，尺寸范围为35–65 nm。此外，傅里叶变换红外光谱（FTIR）结果证实了蛋白质和多糖参与了纳米颗粒的形成过程。在生物学方面，ME-SeNPs表现出显著的抗菌活性。针对两种标准菌株的测试表明，对革兰氏阴性菌大肠杆菌（Escherichia coli）的抑制作用（最低抑菌浓度MIC = 31.25 μg/mL）强于对革兰氏阳性菌金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）的抑制作用（MIC = 62.5 μg/mL）。在杀螺潜力方面，生物源性纳米颗粒对亚历山大双脐螺（Biomphalaria alexandrina）产生剂量依赖性致死效应，半数致死浓度LC₅₀ = 135.27 mg/L（95% CI 96.10–161.86 mg/L），回归斜率较陡（1.18）。此外，ME-SeNPs对亚历山大双脐螺表现出剂量依赖性杀螺效果。然而，亚致死暴露增强了免疫反应，同时诱导了显著的DNA损伤。

**一、研究背景与意义**

血吸虫病作为一种被忽视的热带疾病，在全球范围内造成严重的社会经济负担，其传播严格依赖于特定淡水螺类作为中间宿主，其中亚历山大双脐螺（Biomphalaria alexandrina）是曼氏血吸虫（Schistosoma mansoni）的主要中间宿主，世界卫生组织长期以来将消灭中间宿主作为血吸虫病预防策略的基石。然而，传统化学杀螺剂（以氯硝柳胺为代表）虽具有快速杀灭作用，但作为非特异性细胞毒素，存在环境持久性、高生态毒性及对非靶标水生生物急性毒性等显著缺陷。与此同时，抗生素耐药性（AMR）问题日益严峻，传统抗生素对顽固性和胞内细菌感染的疗效受限。硒纳米颗粒（SeNPs）因其广谱生物活性、高生物利用度、优良生物相容性和显著低于离子硒及金属基纳米材料的毒性而备受关注。紫贻贝（Mytilus edulis）作为海洋双壳类模式生物，是蛋白质、功能肽、多不饱和脂肪酸（PUFAs）、多酚等生物活性大分子的丰富来源。本研究的创新之处在于利用紫贻贝提取物的内源性生化基质作为一体化双功能系统，其内源性生物分子同时充当还原剂和稳定剂，实现硒纳米颗粒（ME-SeNPs）的绿色合成，并系统评价其抗菌与杀螺活性。

**二、研究内容与主要技术方法**

研究人员从埃及红海沿岸Ain Sokhna采集紫贻贝标本，制备80%乙醇提取物，以亚硒酸钠（Na₂SeO₃）为硒前体，在室温（pH 6.8）条件下利用提取物还原合成ME-SeNPs。采用HPLC和GC–MS鉴定提取物化学成分；通过UV–Vis光谱、DLS、TEM、SEM和FTIR对纳米颗粒进行光学性质、胶体行为、形貌及表面化学表征；利用琼脂孔扩散法、微量肉汤稀释法（MIC）和时间-杀菌曲线评价抗菌活性；以亚历山大双脐螺（壳径6–10 mm，取自埃及Theodor Bilharz研究所医学贝类学系）为模型测定杀螺毒力（LC₅₀、LC₉₀），并通过MTT法、比色法和彗星试验分别评估亚致死浓度（LC₁₀、LC₂₅）暴露后的血细胞增殖、一氧化氮（NO）水平及DNA损伤。

**三、主要研究结果**

**提取物化学成分分析**：HPLC分析显示没食子酸（61.25%）和绿原酸（38.74%）为主要酚类化合物；GC–MS鉴定出50种化合物，归属7大类，以芳香族/杂环成分（37.37%）和脂质衍生成分（37.04%）为主，包括D-阿拉伯糖（3.69%）、β-来苏吡喃糖（3.14%）、(Z)-9-十六碳烯酸（18.54%）和9-环十七碳烯-1-醇（16.00%）等。

**ME-SeNPs表征**：UV–Vis光谱显示280 nm处特征吸收峰，伴随颜色由淡黄色转变为红橙色；DLS测得平均水合粒径292 nm，多分散指数（PDI）为0.47，zeta电位为?33.13 mV，表明具有中等胶体稳定性；TEM和SEM显示纳米颗粒呈球形、分散良好，核心尺寸35–65 nm；FTIR证实蛋白质、多糖和酚类化合物通过羰基配位和氢键参与纳米颗粒的还原、封端与稳定。

**抗菌活性筛选**：500 μg/mL ME-SeNPs对金黄色葡萄球菌ATCC 25923和大肠杆菌ATCC 25922的抑菌圈分别为13±0.43 mm和15±0.58 mm，弱于阳性对照头孢噻肟（>22±0.30 mm）。

**MIC测定**：ME-SeNPs对大肠杆菌的MIC为31.25 μg/mL，对金黄色葡萄球菌的MIC为62.5 μg/mL，表明对革兰氏阴性菌的抑制效果更强。

**时间-杀菌曲线**：ME-SeNPs对大肠杆菌呈现浓度依赖性杀菌作用，2.0 MIC组24 h最大降低4.52 log₁₀ CFU/mL，达到杀菌标准（≥3 log₁₀减少）；对金黄色葡萄球菌主要为抑菌作用，最大降低1.68 log₁₀ CFU/mL，未达杀菌阈值。

**杀螺活性**：ME-SeNPs对亚历山大双脐螺呈剂量依赖性致死效应，LC₁₀、LC₂₅、LC₅₀和LC₉₀分别为86.89、110.06、135.27和184.48 mg/L，回归斜率1.18反映种群反应高度均一。

**血细胞转化影响**：亚致死LC₁₀和LC₂₅暴露24 h后，血细胞增殖吸光度从对照的2.03±0.54显著升至2.93±0.42和2.98±0.23（p<0.05），表明亚致死暴露激活了补偿性免疫反应。

**NO浓度影响**：NO水平从对照的17.29±0.96 nmol/L显著升至29.00±3.28和34.61±6.12 nmol/L（p<0.05），表明硝化应激增强。

**DNA完整性影响**：彗星试验显示LC₁₀和LC₂₅暴露后，尾部DNA百分比（12.64%、16.57%）、尾矩（1.87、2.59）和Olive尾矩（4.18、2.59）等参数呈浓度依赖性显著增加（p<0.05），证实显著基因毒性。

**四、讨论与结论**

讨论部分指出，ME-SeNPs的绿色合成策略利用紫贻贝来源的天然生物分子作为还原剂和封端剂，形成的生物分子冠层赋予纳米颗粒胶体稳定性和生物相容性；DLS与TEM粒径差异归因于水合层和可逆纳米簇的共存。对大肠杆菌的敏感性高于金黄色葡萄球菌，主要归因于革兰氏阳性菌更厚的肽聚糖层（20–80 nm）形成的物理屏障限制了纳米颗粒的穿透。杀螺机制涉及亚致死暴露诱导的氧化/硝化应激，进而触发血细胞增殖的补偿性免疫反应，但持续的活性氧（ROS）和NO积累最终导致基因组DNA损伤。尽管ME-SeNPs的LC₅₀（135.27 mg/L）高于氯硝柳胺，但其生物相容性和可生物降解特性具有生态优势。研究局限性包括抗菌评价仅限于浮游菌株、缺乏哺乳动物体内毒性数据及环境归趋评估。结论：本研究成功利用紫贻贝提取物绿色合成稳定的硒纳米颗粒（SeNPs），所合成的纳米颗粒对金黄色葡萄球菌ATCC 25923和大肠杆菌ATCC 25922表现出有效抗菌活性，并对亚历山大双脐螺具有显著杀螺活性，为血吸虫病中间宿主防控和抗菌应用提供了绿色纳米技术途径。该论文发表于《Scientific Reports》。