基于姜黄素的光动力灭活技术作为一种新型非热处理方法对抗鲍曼不动杆菌：该技术对浮游细胞和生物膜的破坏机制

《Innovative Food Science & Emerging Technologies》：Curcumin-based photodynamic inactivation as a novel non-thermal technology against Acinetobacter baumannii: mechanisms of planktonic cells and biofilm disruption

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摘要

鲍曼不动杆菌（Acinetobacter baumannii）是一种日益受到关注的病原体，因为它在食物链中的传播日益增加，并且能够形成耐药的生物膜。本研究调查了基于姜黄素（CUR）的光动力灭活（PDI）对鲍曼不动杆菌的抗菌和抗生物膜效果。结果表明，基于CUR的PDI显著减少了浮游细胞的数量，在短短5分钟内就达到了99.8%的抑制率，这是通过诱导严重的膜损伤、细胞内物质泄漏、细胞内ROS水平显著升高以及脂质和蛋白质的氧化损伤，并改变了抗氧化相关反应来实现的。此外，基于CUR的PDI还有效地破坏了生物膜，减少了生物膜的生物量和存活能力，并降解了细胞外的聚合物物质。在分子水平上，基于CUR的PDI下调了参与生物膜形成的关键基因（csuA-E）、毒力基因（ompA）和群体感应基因（abaI/R）。此外，在不锈钢表面，基于CUR的PDI对鲍曼不动杆菌也表现出同样显著的抗菌和抗生物膜活性。总之，我们的研究结果表明，基于CUR的PDI是一种控制食品加工环境中浮游和生物膜相关鲍曼不动杆菌的有前景的策略。

引言

鲍曼不动杆菌传统上被认为是一种严重的医院内病原体，但它越来越多地从肉类（Carvalheira, Casquete等人，2017年）、蔬菜（Carvalheira, Silva & Teixeira，2017年）和乳制品（Ababneh等人，2022年）中被分离出来。它在食物链中的持续存在和传播正逐渐成为全球食品安全和公共卫生领域的一个重大挑战（Li等人，2025年）。近年来，人们认识到鲍曼不动杆菌的生态分布比以前认为的要广泛得多。除了医院环境外，这种病原体还广泛存在于水源、土壤和农场动物中（Ahuatzin-Flores等人，2024年），这表明其在环境中的传播风险不容忽视。

同时，Carvalheira等人（2021年）明确指出食物和饮用水是传播鲍曼不动杆菌属细菌的重要媒介，进一步强调了这种病原体通过食物链传播的潜在威胁。此外，鲍曼不动杆菌能够在食物基质中产生内毒素。即使细菌细胞被灭活后，这些内毒素仍可能残留在食品中，从而可能引起消费者的不良反应，包括发烧和炎症（Venter，2010年）。值得注意的是，它在恶劣条件下的生存能力（Chapartegui-González等人，2018年）使其成为一种持久的污染物。鲍曼不动杆菌能够在生物和非生物表面上形成耐药的生物膜（Ababneh等人，2023年）。在生物膜基质中，被包裹的细胞表现出极大的耐受性，导致反复污染和潜在的食物变质或安全问题（Nwugo等人，2012年）。这种持久性凸显了对创新、高效和持久控制措施的迫切需求。

目前，治疗鲍曼不动杆菌的方法非常有限。尽管常用的药物如替加环素和多粘菌素具有一定的效果，但耐药率也在逐年增加（Kobina Amandzé Adams等人，2024年）。面对现有的治疗困境，全球研究正转向非抗生素抗菌策略（Oladipo等人，2025年），例如联合疗法（Serapide等人，2024年）、抗菌肽（Thitirungreangchai等人，2024年）和物理干预方法（da Fonseca等人，2021年），通过群体感应干扰、直接细菌裂解或物理破坏细胞结构等机制。其中，光动力灭活（PDI）由于其广谱、高效率和低耐药性诱导倾向而成为了一个值得关注的前沿方向，尤其是在对抗生物膜方面（Cieplik等人，2018年）。

PDI是一种基于光化学反应的非热灭菌技术。其原理是通过在特定波长的光下激发光敏剂来生成活性氧（ROS），从而对微生物造成ROS损伤（Sanz-Villafruela等人，2025年）。这种方法被认为是一种新颖且有前景的细菌和真菌灭活策略（Sheng等人，2022年），因为它具有环保性质、较低的能耗和成本效益。选择合适的、适合食品的光敏剂对于此类应用至关重要。姜黄素（CUR）作为一种天然多酚化合物，具有良好的生物相容性和光敏性，并且已被证明在特定光照条件下具有显著的抗菌效果（Ghate等人，2019年）。

我们之前的研究表明，基于CUR的PDI可以有效消除单核细胞增生李斯特菌（Chai等人，2021年）。然而，随着对鲍曼不动杆菌在食物链中传播的关注日益增加，需要进行单独的研究。因此，本研究旨在评估基于CUR的PDI对鲍曼不动杆菌的效果，重点关注其对浮游细胞和生物膜的双重作用，并评估其在食品加工环境中的潜在应用。

章节片段

细菌菌株和制备

在每次实验之前，将鲍曼不动杆菌的临床分离株接种到Luria-Bertani（LB）培养基中，并在37°C下摇动培养6小时。最后，将细胞重新悬浮在无菌盐水中，得到浓度为1×10⁸ CFU/mL的细菌悬液。

光敏剂的制备和光源仪器

姜黄素的储备溶液（1 mM）（中国北京华药化学试剂有限公司）用无水酒精配制，并储存在4°C的不透明瓶中。在后续实验中，使用姜黄素溶液和

基于CUR的PDI对鲍曼不动杆菌的抗菌效果

为了确定基于CUR的PDI的最佳处理条件，我们系统地评估了四个关键参数：姜黄素浓度、光照时间、光照功率和孵育时间。如图1所示，在存在50 μM姜黄素的情况下，用蓝光LED（10 W）照射5分钟后，细菌数量减少了2.7 Log CFU/mL。抑制率为99.9%。

讨论

鲍曼不动杆菌带来的日益严峻的挑战要求我们采用超越传统抗生素的创新控制策略（Shadan等人，2023年）。我们之前的研究表明，ROS是基于CUR的PDI的关键介质，并通过使用ROS清除剂证实了其重要作用（Zhang等人，2026年）。与这些发现一致，本研究中观察到的ROS水平升高表明氧化应激在基于CUR的PDI的抗菌活性中起着重要作用

结论

总之，本研究证明基于CUR的PDI是一种有效的控制所测试的临床分离株鲍曼不动杆菌的策略，对其浮游细胞和单物种成熟生物膜均表现出显著的抗菌活性。此外，基于CUR的PDI在不锈钢表面保持了稳定的抗菌和抗生物膜效果，为其对抗表面相关鲍曼不动杆菌提供了初步的实验室证据。总体而言，本研究

CRediT作者贡献声明

陈书瑶：撰写——原始草稿，研究，数据管理。王秋：可视化，方法学，研究。杨晓敏：可视化，研究。郝旭岐：可视化，研究。孟向红：撰写——审阅与编辑，监督。张芳：撰写——审阅与编辑，项目管理，概念化。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文报告的工作。

致谢

本工作得到了中国国家自然科学基金（32172275）、中央高校基本科研业务费（202441013）和山东省高校青年创新团队计划（2023KJ040）的支持。作者感谢中国海洋大学食品科学与工程学院分析与测试中心的帮助。

陈书瑶|王秋|杨晓敏|郝旭岐|孟向红|张芳中国海洋大学食品科学与工程学院，青岛市266000```