口腔疾病影响全球35亿人，抗菌素耐药性正严重威胁龋病和牙周炎的传统治疗效果。本研究从印度安达曼和尼科巴群岛及泰米尔纳德邦沿海采集7份海洋水样和沉积物，经热休克处理选择性分离81株细菌，通过16S rRNA基因测序鉴定出13株芽孢杆菌，其中80%属于枯草芽孢杆菌群。采用溶血活性、滴塌、排油圈、BATH、乳化指数（E24）和生物膜形成等多重筛选体系，发现β-溶血性菌株普遍具有更强的生物表面活性剂生产能力——其中TVW12排油圈达19.5mm，TVW11细胞表面疏水性达77%。乙酸乙酯粗提物对四种口腔致病菌（变形链球菌MTCC-497T、咽峡炎链球菌MTCC-1929、金黄色葡萄球菌MTCC-96、粪肠球菌MTCC-439）的抑菌实验表明，TVD12（50 mg/mL）对S. mutans抑制圈达31mm，TVD10对S. anginosus达31.5mm。抗生物膜实验进一步揭示，TVW12（500 μg/mL）对粪肠球菌生物膜抑制率达90%，对金葡菌达87.4%，对变链菌达76.8%。双因素ANOVA确认菌株具有稳定且广谱的抗菌活性（p=0.809），而三因素ANOVA揭示抗生物膜活性呈现病原特异性（p=0.004）。研究中还观察到部分菌株在低浓度（125 μg/mL）时抗生物膜效率反而优于高浓度，提示存在非单调的剂量-效应关系，可能与临界胶束浓度（CMC）相关。这些海洋芽孢杆菌后生元（脂肽类化合物）有望成为替代氯己定等传统抗菌剂的绿色口腔护理候选物，符合SDG 3（良好健康）与SDG 14（水下生物）的可持续发展目标。
今天给大家解读一篇3月发表在《Microorganisms》上的题目为“Marine-Derived Bacillus Biosurfactants as Potential Antibacterial and Antibiofilm Agents Against Oral Pathogens.”的文章。该研究从81个海洋细菌分离株中鉴定出13株芽孢杆菌，其中6株显示出显著抗菌活性。通过表型及16S rRNA基因测序确认菌种，并测试了乙酯提取物的抗菌效果。重点发现了TVD12菌株对S. mutans等四种病原体具有强抑制作用，而TVW12菌株在抗生物膜方面表现更优，对E. faecalis抑制率达90%。研究还通过统计分析强调了两种活性的差异，并讨论了其在可持续发展中的意义。（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：《海洋来源的芽孢杆菌生物表面活性剂作为对抗口腔病原体的潜在抗菌和抗生物膜剂》Marine-Derived Bacillus Biosurfactants as Potential Antibacterial and Antibiofilm Agents Against Oral Pathogens
发表期刊：Microorganisms
影响因子：4.2
研究背景：
日益增长的抗菌素耐药性（AMR）正在威胁龋齿和牙周炎等口腔疾病的传统疗法，这些疾病构成显著的全球健康负担。因此，需要开发新型抗菌和抗生物膜制剂。海洋微生物因其独特的代谢产物成为潜在来源，尤其是芽孢杆菌产生的生物表面活性剂具有广谱活性。本研究旨在从海洋样品中分离芽孢杆菌，评估其生物表面活性剂产生能力及对口腔病原体的抗菌活性。
CNSknowall 平台 Pubmed+AI 快速提炼全文要点
研究思路：
- 样品采集与菌株分离
从海洋水样和沉积物样品中分离细菌，通过表型和16S rRNA基因测序鉴定芽孢杆菌。
- 生物表面活性剂潜力评估
采用滴落塌陷、溶血活性、细菌对烃类黏附（BATH）、油位移及乳化试验筛选产表面活性剂的菌株。
- 抗菌与抗生物膜活性测试
利用琼脂孔扩散法测定乙酯提取物对四种口腔病原体（MTCC菌株）的抗菌圈直径，并针对活性菌株进行抗生物膜实验。
- 统计分析
比较抗菌与抗生物膜活性的模式差异，使用p值评估一致性。
研究亮点：
- 双重活性分离
发现两种菌株分别具有最优的抗菌（TVD12）和抗生物膜（TVW12）性能，且统计上呈现不同的活性模式（广谱抗菌 vs 特异性抗生物膜抑制）。
- 多方法筛选
采用滴落塌陷、溶血活性、细菌对烃类黏附（BATH）、油位移和乳化试验等多种方法评估生物表面活性剂产生能力。
- 可持续发展关联
明确指出本研究通过海洋生物勘探（SDG 14）应对抗菌素耐药性（SDG 3），将基础研究与全球健康目标结合。
研究结果：
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从81个细菌分离株中确认13个为芽孢杆菌种，其中6个表现出显著抗菌活性，多数为β-溶血型。
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菌株TVD12（50 mg/mL）抑制S. mutans（31 mm ± 0）、S. anginosus（30.5 mm ± 0.7）、S. aureus（20 mm ± 1.4）和E. faecalis（29 mm ± 4.24），表现最优。
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菌株TVW12（500 μg/mL）在抗生物膜活性上更佳：抑制E. faecalis 90%、S. aureus 87.4%、S. mutans 76.8%。
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统计显示：广谱抗菌活性具有一致性（p = 0.809），而抗生物膜抑制具有病原体特异性（p = 0.004），形成双重活性特征。
研究总结：
- 主要结论
海洋来源的芽孢杆菌菌株TVD12和TVW12显示出有效的抗菌和抗生物膜特性，为开发新型口服病原体抗菌剂提供了可行方向。
- 意义
通过可持续海洋生物勘探（SDG 14）应对抗菌素耐药性挑战（SDG 3），从而助力可持续发展目标。
- 讨论
研究揭示的双重活性特征（一致的广谱抗菌 vs 特异性抗生物膜）可能源于不同的活性成分或机制，提示未来可分别针对两种活性进行分离纯化。统计显著性差异（p = 0.004）表明抗生物膜活性具有高度特异性，而抗菌活性更均匀。这些发现支持将海洋芽孢杆菌作为新型治疗候选物进一步开发。
结果译文：
南印度东海岸及安达曼和尼科巴群岛毗邻孟加拉湾的马纳尔湾海洋国家公园，以其卓越的生物多样性著称，拥有世界上最多样化的海洋生态系统之一。该生态丰富性使这些区域成为探索微生物多样性和新型代谢物的理想场所。本研究选择这些生物多样性丰富的沿海地点分离芽孢杆菌菌种，评估其生物表面活性剂生产能力，并评价其对口腔致病菌的抗菌和抗生物膜潜力。在7份海洋样品（包括4份水样和3份沉积物）中，共获得81株细菌分离物。形态学上，13株鉴定为革兰阳性、杆状、运动杆菌。提取这些菌株的基因组DNA，通过PCR完成16S rRNA基因（约1500 bp）扩增。经Sanger测序并使用NCBI核苷酸BLAST分析，确认与芽孢杆菌属的相似性为98%–100%，序列已存入NCBI-GenBank（图1）。由于采用单向测序获得约800 bp序列，足以进行属级鉴定，但不足以区分芽孢杆菌属内亲缘关系极近的物种。为确保分类准确性，这些分离物维持为Bacillus sp.。使用MEGA 12版以最大似然法进行的系统发育分析揭示，80%的分离物属于枯草芽孢杆菌群。基于800 bp序列构建的最大似然系统发育树为支系级鉴定提供了科学依据。该方法在科学准确性与分离物后生元潜力功能解读所需的可靠基础之间取得了平衡。
13株芽孢杆菌展示出不同程度的生物表面活性剂生产能力。β-溶血性菌株被广泛认为相较于α-和γ-溶血性菌株具有更优的生物表面活性剂合成能力。在分离物中，8株表现β-溶血，4株显示α-溶血，1株显示γ-溶血，表明β-溶血组中生物表面活性剂生产者占优势。α-和γ-溶血性菌株显示较好的排油效率。此外，芽孢杆菌TVW2呈β-溶血但相较其他分离菌株排油能力较差（表1）。
在滴塌实验中，5株芽孢杆菌检测呈阳性（表1），除1株外全部为β-溶血性菌株。相比之下，α-和γ-溶血性菌株始终为阴性，提示β-溶血与降低表面张力和油滴塌陷（生物表面活性剂的标志）之间存在强相关性。然而，生物表面活性剂的产生并非β-溶血性菌株所独有，部分非β-溶血性菌株也可能产生生物表面活性剂。这些结果与Satpute等的发现一致，即观察到溶血实验与滴塌实验之间的不一致性，提示溶血不是生物表面活性剂生产的可靠指标。单独使用滴塌实验鉴定产表面活性剂菌株并不一致，准确筛选需借助多重实验。
13株海洋芽孢杆菌的排油圈直径差异较大，范围从5.5 mm（芽孢杆菌TVW22）至19.5 mm（芽孢杆菌TVW12）。芽孢杆菌TVW12（19.5 mm）、TVD8（16.5 mm）和TVD6（15 mm）在排油实验中展示≥15 mm的清除圈。相反，其他3株（芽孢杆菌TVW3、TVW8和TVW10）≥10 mm，其余6株产生≤10 mm的圈（表1），分别被指定为强、中、弱活性菌株。β-溶血性菌株普遍优于其他菌株，尽管2株α-溶血性菌株也显示出显著圈区，提示不同溶血类型中存在一定的生物表面活性剂生产能力。清除圈大小与生物表面活性剂浓度直接相关，反映菌株特异性生产水平。有趣的是，芽孢杆菌TVW22（β-溶血性）在滴塌实验中为阴性且排油量极小，而部分菌株则呈现相反结果。两种实验之间的这种缺乏相关性支持了Sun等的发现。尽管排油量差异无统计学显著性（p=0.3），但TVW12、TVD8和TVD6中观察到的较大圈区突显其出色的生物表面活性剂潜力。
13株海洋芽孢杆菌中，9株表现超过50%的疏水性，提示其具有强大的生物表面活性剂生产能力（图2a）。芽孢杆菌TVW11展示最高细胞表面疏水性，约77%，与先前将生物表面活性剂活性联系到增强疏水表面黏附的研究一致。芽孢杆菌TVW11的优异疏水性提示其是一种极具前景的生物表面活性剂生产者，可能优于先前研究的菌株。
E24指数间接衡量生物表面活性剂浓度，数值越高表明产量越大，反映表面活性剂浓度和稳定性。据报道，超过30%的乳化指数提示良好的生物表面活性剂生产。芽孢杆菌TVD5表现出良好的乳化潜力（图2b,c），类似于Bacillus tequilensis MK 729017。结果显示，几株菌在24小时后乳化形成超过50%，提示它们产生稳定且大量的生物表面活性剂，可能为高分子量类型。芽孢杆菌TVW11、TVD9和TVD12的乳化值较低，提示要么是较不稳定的化合物，要么是胞外乳化产量降低。
13株海洋芽孢杆菌的生物膜形成能力使用96孔微孔板实验进行分析。芽孢杆菌TVW3展示中等生物膜形成，是所有菌株中最高的，而其余12株被归为弱生物膜生产者，如图2d所示。这种变异性提示海洋芽孢杆菌分离物中生物膜形成与生物表面活性剂生产之间存在复杂的相互作用。表面活性素展示剂量依赖的双重作用：低浓度时通过信号分子促进生物膜启动并诱导钾泄漏以激活spo0A；高浓度时降低表面张力，促进细胞运动和从成熟生物膜中分散。
使用琼脂扩散法评价13株海洋芽孢杆菌乙酸乙酯粗提物对口腔致病菌的抗菌效力。来自6株芽孢杆菌（TVW10、TVW22、TVD8、TVD9、TVD10和TVD12）的粗提物对所有4种口腔致病菌均展示显著的抗菌活性，其中TVD9（β-溶血性）和TVD10（α-溶血性）提取物在血琼脂上不显示溶血活性，提示其作为非溶血性抗菌剂的潜力。芽孢杆菌TVD9（β-溶血性菌株）在滴塌实验中为阳性但排油量中等，而芽孢杆菌TVD10（α-溶血性菌株）在滴塌实验中为阴性且排油量有限。总体而言，这些提取物有效抑制了致病菌生长——8株对变形链球菌产生≥20 mm的抑菌圈，6株对咽峡炎链球菌产生≥18 mm，2株对金黄色葡萄球菌产生≥15 mm，2株对粪肠球菌产生≥20 mm（表2，图3）。大多数菌株表现广谱效力，但芽孢杆菌TVW2缺乏对金黄色葡萄球菌和粪肠球菌活性，芽孢杆菌TVW3对粪肠球菌无效。相反，芽孢杆菌TVD10展示显著潜力，对变形链球菌和咽峡炎链球菌的抑菌圈分别为32±1.4 mm和31.5±2.1 mm，与青霉素阳性对照相当。这些结果优于Thando等观察到的Bacillus amyloliquefaciens ST34提取物对MRSA Xen 30的15.3±0.5 mm和对粪肠球菌的18.7±0.9 mm。考虑到部分生物表面活性剂缺乏溶血活性且抑菌圈可能由裂解酶或其他物质促进，抗菌活性可能并非仅来源于生物表面活性剂。粗提物中被归类为后生元的细胞外非活性代谢物（如脂肽和抗菌肽）具有多种治疗功效，凸显这些分泌的后生元组分对口腔致病菌的多样化治疗潜力。双因素ANOVA揭示，芽孢杆菌菌株和目标致病菌均对抑菌圈大小产生显著影响（p < 0.001），但菌株与致病菌之间无显著交互作用（p=0.809），表明各芽孢杆菌菌株的抗菌潜力在不同口腔致病菌之间保持相对稳定，体现了广谱且一致的抗菌活性。
在抗菌实验中表现显著的6株芽孢杆菌（TVW12、TVW22、TVD8、TVD9、TVD10和TVD12）被进一步分析其抗生物膜活性（图4）。芽孢杆菌TVW12和TVD12粗提物对变形链球菌表现最大抑制（约60%）（图4D）。芽孢杆菌TVW22、TVD10、TVD8和TVD9对咽峡炎链球菌展示良好抑制（约65%）（图4B）。六株芽孢杆菌对金黄色葡萄球菌均展示良好抑制>60%（图4C）。芽孢杆菌TVD10、TVD8、TVD12和TVW12（图4A）在不同浓度下对粪肠球菌均展示>80%抑制。粪肠球菌对多种抗生素的内在耐药性及强大的生物膜形成能力使其在根管环境中表现出强大耐受性。本研究的发现提示芽孢杆菌来源的天然化合物对这些口腔致病菌具有显著的抗生物膜功效。这些后生元提取物还通过抑制初始附着和破坏已建立的生物膜展示了显著的抗生物膜潜力。其对变形链球菌和金黄色葡萄球菌（均为较弱的生物膜生产者）的高效性凸显其在早期或较弱生物膜情境中的应用潜力。三因素ANOVA揭示了菌株与致病菌之间的显著交互作用（p=0.004），确认抑制效力具有致病菌特异性。但菌株与浓度之间以及三者之间无显著交互作用，表明各菌株在各测试浓度间的相对性能保持一致。令人惊讶的是，部分芽孢杆菌菌株在较低浓度（125 μg/mL）时展示较高的抗生物膜活性，随浓度升高（250和500 μg/mL）效率反而降低，提示存在非单调性、窗口依赖性剂量反应。该趋势与先前关于表面活性代谢物的研究一致，表明抗菌效力常在临界胶束浓度（CMC）附近达到峰值。在粗提物中，增加浓度也可能集中拮抗成分、增加黏度或导致沉淀，从而降低抗生物膜潜力。总之，芽孢杆菌菌株的抗生物膜活性具有致病菌特异性，其机制可能支持一个模型：中等剂量的粗提物最大限度提高生物活性物质的可用性和对生物膜完整性的破坏，而较高剂量则导致自组装或物理化学改变，削弱整体效率。
更多结果和补充图表：doi： 10.3390/microorganisms14030573
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