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2区4.2分!GC-MS代谢组学+生信分析揭示阿西尔药用植物抗口腔酵母菌生物膜活性:ITS测序鉴定6种酵母!甲基水杨酸与环己醇衍生物为关键成分

2区4.2分!GC-MS代谢组学+生信分析揭示阿西尔药用植物抗口腔酵母菌生物膜活性:ITS测序鉴定6种酵母!甲基水杨酸与环己醇衍生物为关键成分 CNS生信新靶点挖掘
2026-05-26
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导读:口腔真菌感染中非白念珠菌(如光滑念珠菌)的耐药性问题日益严峻。本研究从50名患有牙周疾病的女性口腔中分离酵母菌,通过形态学、VITEK 2生化鉴定和ITS rDNA分子测序(生信分析构建系统发育树),

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口腔真菌感染中非白念珠菌(如光滑念珠菌)的耐药性问题日益严峻。本研究从50名患有牙周疾病的女性口腔中分离酵母菌,通过形态学、VITEK 2生化鉴定和ITS rDNA分子测序(生信分析构建系统发育树),鉴定出6种酵母:光滑念珠菌(40.5%)、热带念珠菌(18.9%)、近平滑念珠菌(13.5%)等,其中光滑念珠菌对氟康唑敏感性降低。进一步评估了四种阿西尔地区药用植物(茴香、水茄、蓼科植物、水麻)的乙醇提取物的抗真菌和抗生物膜活性。结果显示,水茄子和茴香提取物抑菌圈最大(高达19.2 mm),MIC低至0.19-0.78 mg/mL,MFC为0.39-1.56 mg/mL。亚抑菌浓度下水茄提取物使热带念珠菌生物膜减少59.6%。GC-MS代谢组学分析鉴定出甲基水杨酸(20.3-40.2%)和环己醇衍生物为主要成分,其含量与抗真菌活性呈正相关趋势。该研究为开发天然抗口腔真菌药物提供了候选植物。

今天给大家解读一篇4月发表在《Microorganisms》上的题目为“Comprehensive Profiling of Aseer Medicinal Plants: Connections Between Molecular Identity, Chemical Composition, and Antifungal-Antibiofilm Activity Against Oral Yeasts.”的文章。该研究是一项横断面实验室研究,旨在分析沙特阿西尔地区四种药用植物(茴香、刺茄、福斯考利草、绒毛苘麻)乙醇提取物对口腔酵母菌的抗真菌和抗生物膜活性,并结合植物化学组成进行相关性探索。研究对象为50名患有不同牙周疾病的女性,从唾液和龈下菌斑中分离口腔酵母菌,通过形态学、生化(VITEK 2)和分子(ITS rDNA测序)方法鉴定菌种,并按照CLSI标准进行抗真菌药敏试验。四种植物提取物采用95%乙醇制备,通过纸片扩散法、微量肉汤稀释法(MIC/MFC)和结晶紫染色法(抗生物膜)评估活性,采用GC-MS分析化学成分。结果显示,74%的样本检出真菌生长,共鉴定出6种酵母菌,其中光滑念珠菌(40.5%)最常见且对氟康唑敏感性降低。绒毛苘麻和茴香提取物表现出最强的抗真菌活性(抑菌圈最大达19.2 mm,MIC 0.19–0.78 mg/mL),且绒毛苘麻在亚抑制浓度下使热带念珠菌生物膜生物量减少59.6%。GC-MS鉴定出主要成分为甲基水杨酸酯(20.3–40.2%)和环己醇衍生物(8.0–23.2%),活性成分含量与活性之间呈描述性正相关趋势(R²分别为0.78和0.71)。研究结论指出,这两种植物具有作为口腔真菌感染辅助治疗药物的潜力,但需进一步体内验证。请持续关注我们,每天为您解读最新见刊的文献!)想薅生信资料羊毛?直接在对话框回复 “资料”,免费领取干货大礼包!包括数据集、绘图代码、图表复现、思路总结、参考文献……0代码!鼠标点点点即可轻松完成5-10分生信SCI全文复现!

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题目:《阿西尔药用植物的全面剖析:分子身份、化学组成与对抗口腔酵母菌的抗真菌-抗生物膜活性之间的联系Comprehensive Profiling of Aseer Medicinal Plants: Connections Between Molecular Identity, Chemical Composition, and Antifungal-Antibiofilm Activity Against Oral Yeasts

发表期刊:Microorganisms

影响因子:4.2

研究背景

口腔真菌感染(尤其是由非白色念珠菌和新型机会性酵母菌引起)日益增多,且与抗真菌耐药性密切相关,特别是在牙周病患者中。光滑念珠菌天然对唑类药物敏感性降低,易获得耐药性,而生物膜的形成进一步增强了耐药性(比浮游细胞耐药性高1000倍以上)。目前,沙特阿拉伯关于口腔酵母菌多样性及耐药谱的信息匮乏,尤其缺乏针对牙周病女性的系统研究。阿西尔地区的传统医学长期使用茴香、刺茄、福斯考利草和绒毛苘麻治疗口腔感染和炎症,但缺乏这些植物对临床重要口腔酵母菌(包括唑类耐药菌株)的抗真菌和抗生物膜活性的科学证据。以往研究多集中于白色念珠菌,对非白色念珠菌的评估有限,且未系统整合植物化学组成与生物活性之间的相关性。因此,本研究假设富含甲基水杨酸酯、环己醇衍生物和萜类化合物的乙醇提取物对临床相关口腔酵母菌(包括唑类耐药的光滑念珠菌)具有强效抗真菌和抗生物膜活性,且化学组成与活性相关。



                            CNSknowall 平台 Pubmed+AI 快速提炼全文要点

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                            研究思路:

                              1. 样本收集与临床评估
                                从50名牙周疾病严重程度不同的女性参与者(18–50岁)中收集唾液和龈下菌斑样本,记录牙周参数(探诊深度、临床附着丧失、探诊出血、菌斑指数),并按牙周状态分组(健康、龋齿、轻度牙龈炎)。
                              2. 真菌分离与鉴定
                                在含抗生素的沙保氏葡萄糖琼脂(SDA)和马铃薯葡萄糖琼脂(PDA)上培养,通过宏观和微观形态学初步分类;使用VITEK 2系统进行生化鉴定;对低区分度或不确定的菌株进行ITS rDNA测序(ITS1/ITS4引物)并构建系统发育树。
                              3. 抗真菌药敏试验
                                对主要菌种(光滑念珠菌n=15、热带念珠菌n=7、近平滑念珠菌n=5)的代表性菌株,采用CLSI M44-A2纸片扩散法测试氟康唑、伏立康唑、伊曲康唑、酮康唑、制霉菌素、两性霉素B和卡泊芬净,记录抑菌圈直径。
                              4. 植物提取物制备与活性评估
                                四种植物地上部分经95%乙醇提取,制备100 mg/mL母液。通过纸片扩散法(20 μL/片)、微量肉汤稀释法(CLSI M27-A3)测定MIC和MFC;采用结晶紫染色法评估亚抑制浓度(0.5×MIC)下对热带念珠菌生物膜形成的抑制率;光镜观察生物膜结构变化。
                              5. 植物化学分析
                                使用GC-MS(HP-5MS色谱柱,电子轰击电离)分析提取物成分,与NIST 14和Wiley 9库比对(相似度≥90%),记录峰面积≥5%的主要化合物。
                              6. 统计与相关性分析
                                采用单因素方差分析(ANOVA)和Tukey事后检验比较组间差异;通过描述性散点图探索植物化学组成(甲基水杨酸酯、环己醇衍生物含量)与抗真菌活性(抑菌圈直径、MIC)的关系,仅展示R²值,不做正式统计检验(因仅4个提取物)。


                              研究亮点:

                                1. 首次在沙特女性牙周病患者队列中系统评估了阿西尔地区四种药用植物对临床口腔酵母菌(包括唑类耐药的光滑念珠菌)的抗真菌和抗生物膜活性。
                                2. 发现绒毛苘麻和茴香的乙醇提取物在体外对光滑念珠菌、热带念珠菌和近平滑念珠菌具有显著抑制作用,最低抑菌浓度(MIC)低至0.19 mg/mL。
                                3. 揭示了植物提取物中甲基水杨酸酯(20.3–40.2%)和环己醇衍生物(8.0–23.2%)为主要成分,且含量与抗真菌活性之间存在描述性趋势(R²分别为0.78和0.71),尽管因样本量小(仅四种提取物)未进行正式统计检验。
                                4. 发现绒毛苘麻和刺茄在亚抑制浓度下可使热带念珠菌生物膜生物量分别减少59.6%和52.4%,显著优于其他提取物。


                                研究结果:

                                  1. 真菌分离与鉴定
                                    50份样本中37份(74%)检出真菌生长。共鉴定6种酵母菌:光滑念珠菌(Nakaseomyces glabratus)40.5%(n=15)、热带念珠菌(Candida tropicalis)18.9%(n=7)、近平滑念珠菌(Candida parapsilosis)13.5%(n=5)、克鲁维毕赤酵母(Pichia kudriavzevii)10.8%(n=4)、粘性红酵母(Rhodotorula mucilaginosa)8.1%(n=3)、产黑色素短梗霉(Aureobasidium melanogenum)8.1%(n=3)。白色念珠菌未检出。
                                  2. 抗真菌药敏
                                    光滑念珠菌对氟康唑的抑菌圈直径最小(12.1±1.5 mm),而热带念珠菌和近平滑念珠菌对唑类药物的抑菌圈相对较大。两性霉素B、制霉菌素、酮康唑和卡泊芬净对所有测试菌株均有可测抑菌圈。
                                  3. 植物提取物抗真菌活性
                                    • 纸片扩散法:绒毛苘麻和茴香活性最强,其中茴香对近平滑念珠菌抑菌圈达18.6±0.5 mm,绒毛苘麻为17.1±0.3 mm;刺茄对热带念珠菌活性最高(19.2±0.5 mm);福斯考利草活性最低(10.5–12.4 mm)。单因素ANOVA显示提取物间差异显著(p<0.0001)。
                                    • MIC/MFC:绒毛苘麻对光滑念珠菌MIC最低(0.19 mg/mL),MFC为0.39 mg/mL;茴香MIC范围为0.19–0.78 mg/mL;福斯考利草MIC最高(1.56–3.12 mg/mL)。光滑念珠菌相对最耐药。
                                  4. 抗生物膜活性
                                    亚抑制浓度下,绒毛苘麻和刺茄使热带念珠菌生物膜生物量分别减少59.6%和52.4%(与未处理对照相比p<0.0001),茴香抑制44.8%,福斯考利草抑制33.0%。制霉菌素(阳性对照)抑制76.9%。光镜显示提取物处理后生物膜结构破坏、细胞聚集减少。
                                  5. 植物化学组成
                                    乙醇提取物得率6.4%–9.8%(茴香最高)。GC-MS鉴定主要成分:甲基水杨酸酯占20.3%–40.2%(福斯考利草最高40.2%),环己醇衍生物占8.0%–23.2%(刺茄最高23.2%),此外还有棕榈酸乙酯等。所有提取物均检测到甲基水杨酸酯、环己醇衍生物及萜类相关化合物。
                                  6. 成分-活性相关性
                                    描述性散点图显示甲基水杨酸酯含量与对光滑念珠菌的抑菌圈直径呈正趋势(R²=0.78),环己醇衍生物含量与对热带念珠菌的MIC呈正趋势(R²=0.71)。但仅基于4种提取物,未进行统计检验,仅视为描述性观察。


                                  研究总结:


                                  结论

                                  • 本研究首次在沙特牙周病女性队列中描述了口腔酵母菌多样性,非白色念珠菌占主导,其中光滑念珠菌最常见(40.5%)且对氟康唑敏感性降低,强调了持续监测的必要性。
                                  • 绒毛苘麻和茴香的乙醇提取物体外显示出显著的抗真菌和抗生物膜活性,对临床相关口腔酵母菌(包括唑类耐药的光滑念珠菌)有效,具有作为辅助治疗药物的潜力。
                                  • 相关性分析提示甲基水杨酸酯和环己醇衍生物可能贡献于活性,但需进一步实验和临床研究验证。

                                  讨论

                                  • 口腔酵母菌多样性
                                    非白色念珠菌的高占比与全球趋势一致,白色念珠菌的缺失可能受宿主特征、牙周炎症及口腔微生物生态差异影响,但需更大规模研究确认。
                                  • 植物活性机制推测
                                    绒毛苘麻和茴香的强活性可能与其含有的甲基水杨酸酯(影响真菌膜完整性和氧化应激通路)及环己醇衍生物(改变膜通透性)有关。但福斯考利草虽含最高甲基水杨酸酯(40.2%),活性却最低,提示整体植物化学基质的协同作用比单一化合物更重要。
                                  • 抗生物膜意义
                                    亚抑制浓度下对生物膜的显著抑制(尤其绒毛苘麻和刺茄)表明这些提取物可能干扰早期粘附、细胞外基质产生或膜稳定性,但具体机制未直接验证。
                                  • 相关性局限性
                                    甲基水杨酸酯/环己醇衍生物与活性的关联仅基于4种提取物,属于初步趋势,不能视为统计显著关联;GC-MS化合物鉴定基于谱库比对,属于暂定鉴定,需标准品确认。
                                  • 临床转化
                                    当前结果仅为体外数据,尚需体内实验验证安全性、生物利用度、药代动力学及有效性。
                                  • 研究局限
                                    样本量小(50人,单一地区);缺乏机制实验;未进行生物活性导向分离;抗生物膜测试仅针对热带念珠菌,未涵盖光滑念珠菌等强生物膜形成菌。未来应扩大队列、采用生物活性导向分馏、开展联合抗真菌药评估及体内模型。






                                  结果译文:

                                  1.真菌分离株的回收率与流行率


                                  共检测了50份口腔样本,在37份样本中检测到真菌生长,占总病例数的74%。统计分析显示,唾液和龈下菌斑标本之间的真菌回收率无显著差异(McNemar检验,p > 0.05)。


                                  2.真菌分离株的形态学和生化特征


                                  在SDA和PDA培养基上,酵母菌落的形态表现出多种差异,包括颜色(白色、乳白色、粉红色、橙色)、质地(光滑、粘液样、皱褶)和大小(72小时时直径2-5 mm)的变异。显微镜下观察显示细胞呈卵圆形、椭圆形或圆柱形(2.0-8.0 μm)。细胞通过出芽繁殖,在一些分离株(如热带念珠菌)中观察到假菌丝。菌落和细胞形态型被区分为七种形态型。VITEK 2生化分析对所有分离株提供了置信度超过90%的初步鉴定,其一致的特征与分子鉴定结果相同。图1展示了所鉴定的六个物种的形态特征,其中在SDA和PDA培养基上的菌落和细胞形态是不同的。

                                  3.分子鉴定与系统发育分析


                                  使用PCR扩增ITS区域,在所有分离株中产生了约600 bp的扩增子。ITS序列的BLASTn比对将6种酵母菌鉴定为与GenBank参考菌株具有98-100%的相似性(表1)。物种分布如下:光滑念珠菌(Nakaseomyces glabratus)占40.5%(n=15),热带念珠菌(Candida tropicalis)占18.9%(n=7),近平滑念珠菌(Candida parapsilosis)占13.5%(n=5),库德里阿兹威氏毕赤酵母(Pichia kudriavzevii)占10.8%(n=4),胶红酵母(Rhodotorula mucilaginosa)占8.1%(n=3),黑色素产 Aureobasidium(Aureobasidium melanogenum)占8.1%(n=3)。
                                  系统发育分析将分离株分为四个支持良好的类群或分支,分别与念珠菌属、毕赤酵母属、红酵母属和短梗霉属相关,验证了表型和生化鉴定的准确性(图2)。

                                  4.临床分离株及对抗真菌药物的敏感性


                                  按照CLSI指南M44-A2进行纸片扩散法药敏试验。代表性分离株(近平滑念珠菌、热带念珠菌和光滑念珠菌)的抗真菌药物敏感性模式总结于表2。氟康唑、伏立康唑和伊曲康唑的抑菌圈直径在受试菌种间有所不同。近平滑念珠菌和热带念珠菌对唑类抗真菌药表现出相对较大的抑菌圈,而光滑念珠菌对氟康唑的抑菌圈直径(12.1±1.5 mm)相较于其他物种更小。两性霉素B、制霉菌素、酮康唑和卡泊芬净对所有受试分离株均产生可测量的抑菌圈。由于并非所有抗真菌药物和菌种组合都有标准化的纸片扩散法折点,结果仅以抑菌圈直径(mm)呈现,不做分类学解释。DMSO对照纸片对受试分离株未产生任何抑菌圈。


                                  5.植物提取物的产率与植物化学特征


                                  乙醇提取产率范围为6.4%至9.8%,其中茴香(F. vulgare)产率最高(9.8%),其次为蓼科植物(F. tenacissima,8.7%)、水茄(S. incanum,7.3%)和水麻(A. pannosum,6.4%)。
                                  GC-MS分析鉴定出多种植物化学成分,占各提取物总色谱峰面积的96.7-100%。主要化合物(峰面积≥5%)包括:甲基水杨酸(20.3-40.2%),在蓼科植物中比例最高(40.2%);环己醇衍生物(8.0-23.2%),在水茄中最丰富(23.2%);十六烷酸乙酯在特定提取物中检测到,范围为1.8-9.5%。在所有四种提取物中均一致检测到甲基水杨酸、环己醇衍生物和萜类相关化合物,提示这些成分可能对观察到的抗真菌活性有贡献(表3)。四种植物提取物的GC-MS色谱图见补充材料(图S1-S4)。

                                  6.植物提取物对临床酵母菌的抗真菌活性


                                  6.1. 纸片扩散法抗真菌活性

                                  在四种提取物中,水麻和茴香对所有受试分离株表现出最显著的抗真菌活性。茴香对近平滑念珠菌的抑菌圈最大(18.6±0.5 mm),其次是水麻(17.1±0.3 mm)。水茄对热带念珠菌的活性最高(19.2±0.5 mm)。蓼科植物始终表现出最低的活性,在所有受试菌种中的抑菌圈在10.5至12.4 mm之间(表4和图3)。单因素方差分析显示,所有受试菌种的不同提取物之间存在统计学显著差异(p<0.0001)。
                                  6.2. MIC和MFC结果
                                  采用肉汤微量稀释法(CLSI M27-A3)测定MIC和MFC。最低抑菌浓度范围在0.19至3.12 mg/mL之间。水麻和茴香在所有受试真菌中记录到最低的MIC值。水麻对光滑念珠菌表现出最强的活性,MIC为0.19 mg/mL,最低杀菌浓度(MFC)为0.39 mg/mL。茴香也表现出显著的抗真菌活性,MIC值在0.19至0.78 mg/mL之间。相比之下,蓼科植物显示出最高的MIC值(1.56-3.12 mg/mL),表明其抗真菌效力相对较低。正如预期,MFC值普遍高于相应的MIC值。在受试分离株中,近平滑念珠菌和热带念珠菌最为敏感,而光滑念珠菌表现出相对较高的耐药性(表5)。

                                  7.植物提取物的抗生物膜活性


                                  相对于未处理对照组,亚抑菌浓度的水麻和水茄使热带念珠菌的生物膜生物量分别减少了59.6%和52.4%(p<0.0001)。茴香表现出44.8%的抑制率,蓼科植物的抗生物膜活性最低(33.0%)。制霉菌素(阳性对照)抑制了76.9%,而1% DMSO(阴性对照)未产生显著的抑制效果(表6和图4)。
                                  光学显微镜图像显示,未处理对照组中形成了密集的生物膜,而经植物提取物处理后,细胞聚集明显减少,生物膜结构被破坏(图5)。

                                  8.植物化学组成与抗真菌活性的相关性


                                  使用描述性散点图探索了植物化学组成与抗真菌活性之间的潜在关系。甲基水杨酸相对丰度(%峰面积)与对光滑念珠菌的抑菌圈直径之间观察到趋势(R²=0.78),如图6A所示。同样,环己醇衍生物的相对丰度与对热带念珠菌的MIC值之间也观察到类似趋势(R²=0.71)(图6B)。然而,由于本探索性分析仅包含四种植物提取物(n=4),未进行正式的统计学检验,观察到的趋势应谨慎解读。因此,这些发现仅作为描述性观察呈现。需要进一步的研究,特别是涉及生物活性引导的分馏和机制研究,以确定单个植物化学成分及其可能相互作用的潜在贡献。

                                  更多结果和补充图表:doi:10.3390/microorganisms14040795






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