研究从传统乳制品中分离出的细菌的外多糖对铜绿假单胞菌生物膜形成的影响

《The Microbe》：Investigating the effect of exopolysaccharide of bacteria isolated from traditional dairy on Pseudomonas aeruginosa biofilm

益生菌Lactobacillus rhamnosus SA74提取的EPS通过抑制Pseudomonas aeruginosa生物膜形成（40–70%）并促进益生菌存活，证实其作为后益生菌的潜力，结构为层状圆盘型，含甘露糖和半乳糖醛酸。

　　
本研究以伊朗传统乳制品为样本来源，系统筛选了具有益生菌潜力的乳酸杆菌菌株，并通过EPS（胞外多糖）的提取与结构分析，揭示了其抑制病原菌生物膜形成的机制。研究团队从酸奶、奶酪、牛奶及面团等55种伊朗本土乳制品中分离出7株高潜力菌株，包括乳双歧杆菌（Lacticaseibacillus rhamnosus）SA74和乳双歧杆菌副casei（L. paracasei）等菌株。这些菌株通过耐热性（42℃）、耐胆盐性（0.2g/1ml）、耐低pH（pH 1.5-2.0）及抗生素敏感性测试，确认其作为益生菌的可行性。

在EPS特性分析方面，通过HPLC检测发现菌株SA74的EPS以甘露糖（385±1.3μg/mL）和半乳糖醛酸（598±2.5μg/mL）为主，SEM显示其具有层状环状结构（2-500nm）。这种三维结构为EPS发挥生物膜抑制功能提供了物理基础。研究创新性地将EPS与纳米材料复合，在0.1-1mg/mL浓度范围内对铜绿假单胞菌生物膜形成抑制率达40-70%（p<0.05），同时通过MTT和CV双指标验证，证实该多糖能有效促进益生菌自身生物膜形成。

在作用机制层面，研究揭示了EPS通过多重途径抑制病原菌生物膜：1）物理屏障作用：层状结构覆盖细菌表面，阻断营养交换；2）干扰生物膜信号传导：通过质谱分析发现EPS含有抑制AHL（acyl-homoserine lactones）活性的特定糖苷结构；3）改变微环境pH：EPS代谢产物可能影响病原菌生长所需的酸碱条件。值得注意的是，该多糖在1mg/mL浓度下仍能保持乳酸菌的活性（MTT存活率>90%），展现出良好的协同作用潜力。

与传统抗生素相比，本研究提出的EPS生物膜控制策略具有显著优势：首先，EPS作为食品级成分，符合WHO推荐的益生菌代谢产物应用标准；其次，其抑制效果具有浓度依赖性，且能促进益生菌自身生物膜形成，形成"以菌抑菌"的良性循环。通过对比实验发现，在1000μg/mL浓度下，EPS对铜绿假单胞菌生物膜的抑制率达到最佳水平（11%），同时促进L. rhamnosus SA74的菌体密度提升18.6%。

研究还创新性地建立了"多糖-益生菌"复合制剂模型，通过体外模拟胃酸、胆盐和肠道温度环境，验证了复合体的环境耐受性。在pH 1.5条件下，复合体存活率稳定在85%以上，且对L. paracasei YEA81的促生长效果达32%。这些发现为开发新型功能乳制品提供了理论依据，特别是针对伊朗高发的呼吸道感染和泌尿系统感染等疾病。

在应用前景方面，研究建议将EPS提取工艺优化与益生菌菌株定向筛选相结合，建立从乳制品中提取功能多糖的标准化流程。通过添加5-10%的EPS提取物，可使酸奶的肠道益生菌存活率提升至98%以上，同时使铜绿假单胞菌生物膜抑制率提高至75%。此外，利用EPS的成膜特性，可开发新型生物膜抑制剂用于伤口护理和医疗器材表面处理。

本研究的局限性主要体现在体外实验与体内应用的转化 gap。后续研究需重点开展以下方面：1）构建EPS分子结构-生物活性关系模型，特别是半乳糖醛酸与抑制酶活性的构效关系；2）开展动物模型验证，包括家兔肠道定植实验和术后感染抑制试验；3）建立工业级EPS纯化工艺，目前纯度仅达78%可能影响实际应用效果。这些改进将推动研究从基础科学向临床转化迈进。

值得注意的是，研究首次报道了L. rhamnosus SA74在42℃高温下仍能保持EPS分泌活性，这一特性为开发耐高温益生菌发酵剂提供了新思路。同时，发现EPS对多重耐药菌（如耐环丙沙星铜绿假单胞菌）的抑制效果不受抗生素耐药表型影响，这可能与EPS直接破坏生物膜结构而非依赖抗菌素活性有关。

在产业应用层面，研究建议采用分阶段添加策略：发酵初期添加EPS提取物（0.5-1mg/mL）抑制杂菌定植，成熟期补充β-葡聚糖增强制品稳定性。通过体外模拟肠道环境，发现EPS与膳食纤维结合可使益生菌通过胃酸屏障的效率提升40%，这一发现为开发新型益生菌制剂提供了关键技术参数。

总之，本研究通过系统解析乳杆菌EPS的构效关系及其抑制铜绿假单胞菌生物膜的作用机制，证实了功能多糖作为新型生物膜抑制剂的开发潜力。建议后续研究结合宏基因组测序和代谢组学技术，全面解析EPS的多靶点作用网络，为构建基于益生菌代谢产物的精准医疗方案奠定基础。