一種海洋的弧菌胞外多糖A101的抗生物膜作用研究.pdf

1、人們一直認(rèn)為細(xì)菌是以單細(xì)胞形式存在,傳統(tǒng)的抗菌藥物研發(fā)也是以浮游細(xì)菌為靶點(diǎn)。然而近年來,研究發(fā)現(xiàn)自然界和宿主體內(nèi)的細(xì)菌絕大多數(shù)以生物膜(biofilm)形式存在。生物膜是由細(xì)菌和其分泌的胞外基質(zhì)在物體表面形成的高度組織化的多細(xì)胞結(jié)構(gòu),是細(xì)菌產(chǎn)生抗生素耐藥和逃避機(jī)體免疫系統(tǒng)攻擊的主要原因。細(xì)菌生物膜無處不在,在很多方面給人類生活帶來嚴(yán)重的影響,如細(xì)菌的耐藥性、生物腐蝕、食品污染等,已成為全球關(guān)注的重大科學(xué)難題。根據(jù)美國(guó)健康研究院的調(diào)查公告

2、,80％以上的細(xì)菌性感染與生物膜有關(guān)。因此,細(xì)菌生物膜的防治已成為目前醫(yī)藥、材料等多領(lǐng)域研究與開發(fā)的前沿和熱點(diǎn)。本論文旨在從海洋微生物中篩選能夠抑制生物膜形成和/或破壞已形成的生物膜的活性物質(zhì),并探討其結(jié)構(gòu)特征、作用機(jī)制以及在生物膜防治方面的應(yīng)用前景。以銅綠假單胞菌FRD1為試驗(yàn)菌株,用微量離心管生物膜體外模型篩選,發(fā)現(xiàn)一株來自海洋的弧菌QY101,其發(fā)酵液可以抑制FRD1的生物膜形成,并在一定濃度范圍內(nèi)具有量效關(guān)系。進(jìn)一步試驗(yàn)表明,Q

3、Y101發(fā)酵液中的活性成分與核酸、蛋白類物質(zhì)無關(guān),而與糖類物質(zhì)有關(guān)。經(jīng)過丙酮沉淀、透析、離子交換等方法分級(jí)純化后,從QY101發(fā)酵液中得到了一種多糖,命名為A101。氣相色譜分析結(jié)果表明,弧菌胞外多糖A101至少含有4種單糖殘基,從光散射結(jié)果計(jì)算得出該多糖重均分子量約為1000 kD,紅外光譜結(jié)果顯示A101含有硫酸基,乙酰基,氨基等多種活性基團(tuán),其溶液有膠體性質(zhì)并對(duì)波長(zhǎng)為220nm的紫外光有強(qiáng)烈吸收。該多糖具有廣譜的抗生物膜作用,對(duì)銅

4、綠假單胞菌、金黃色葡萄球菌和表皮葡萄球菌三種病原菌的20個(gè)菌株中的17株有顯著生物膜形成抑制作用。為了更加直觀和實(shí)時(shí)地觀察A101對(duì)生物膜形成的抑制作用,建立了Flow-cell生物膜體外模型。利用該模型,發(fā)現(xiàn)A101對(duì)FRD1生物膜形成的抑制效果達(dá)到95%以上。此外,A101對(duì)已形成的FRD1生物膜也具有破壞作用,破壞效果達(dá)到85%。最低生物膜消除濃度MBEC試驗(yàn)結(jié)果表明, A101可以提高生物膜對(duì)抗生素的敏感性,使阿米卡星對(duì)生物膜細(xì)

5、菌的殺滅作用提高16倍以上。A101并不抑制游離銅綠假單胞菌FRD1的生長(zhǎng),相反地能夠促進(jìn)其生長(zhǎng)。唯一碳源實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明A101不能作為碳源被FRD1利用。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn),A101可以防止FRD1菌體簇集,使其分散生長(zhǎng),從而能夠更好地利用環(huán)境營(yíng)養(yǎng)。這種分散作用也正是A101抗生物膜作用的機(jī)制。結(jié)合相關(guān)研究報(bào)道,推測(cè)A101可能是封閉了FRD1細(xì)胞表面某些菌體賴以相互結(jié)合的位點(diǎn),阻礙了菌體之間的相互作用,從而抑制了生物膜形成;而且,由于A1

6、01對(duì)菌體表面位點(diǎn)的結(jié)合力強(qiáng)于細(xì)菌間的結(jié)合力,故可以破壞已經(jīng)形成的生物膜。本文發(fā)現(xiàn)了一種弧菌胞外多糖A101,該多糖不僅抑制生物膜的形成,還能破壞已經(jīng)形成的生物膜;并且其作用具有廣譜性,對(duì)多種細(xì)菌,尤其是臨床常見的銅綠假單胞菌、金黃色葡萄球菌、表皮葡萄球菌的生物膜均有作用;A101可以增強(qiáng)抗生素對(duì)生物膜細(xì)菌的殺滅效果,具有這種作用的多糖在國(guó)際上尚屬首次報(bào)道。A101有望開發(fā)成為高效、廣譜、安全的抗生物膜制劑,不但在臨床細(xì)菌生物膜相關(guān)慢性