益生菌及其代谢产物对多重耐药表皮葡萄球菌的预防功效与作用机制研究

　　为解决多重耐药表皮葡萄球菌（S. epidermidis）引起的感染问题，研究人员开展益生菌Lactobacillus plantarum和L. rhamnosus及其代谢产物抑制病原体生长、生物膜形成和基因表达的研究。结果表明，共培养及细胞培养上清液（CFCS）能显著抑制病原体增殖（p<0.05），破坏细胞壁完整性，并下调代谢与分裂相关基因（arcC, ftsZ等）。该研究为替代抗生素控制耐药菌感染提供了新策略。

　　

在微生物感染领域，表皮葡萄球菌（Staphylococcus epidermidis）作为一种常见的皮肤共生菌，却也是重要的机会性病原体。它尤其在医院环境中引发导管相关感染和败血症，对早产儿和免疫低下患者构成严重威胁。更棘手的是，抗生素滥用导致多重耐药菌株（如MRSE）激增，传统治疗手段效果日益有限。因此，寻找替代抗生素的新型防控策略成为当务之急。在这一背景下，益生菌因其安全性、抗菌特性及调节微生态的能力受到广泛关注。本研究聚焦于两种常见益生菌——植物乳杆菌（Lactobacillus plantarum）和鼠李糖乳杆菌（Lacticaseibacillus rhamnosus），探究它们及其代谢产物对多重耐药表皮葡萄球菌的抑制效果与作用机制，相关成果发表在《BMC Microbiology》上。

研究采用体外实验评估益生菌的抗菌活性，包括共培养生长曲线分析、细胞游离培养上清液（CFCS）处理、生物膜形成测定、基因表达qPCR分析、荧光显微镜观察细胞壁完整性以及代谢产物提取与最小抑菌浓度（MIC）测定。样本来源为美国马里兰州混合农场环境分离的多重耐药表皮葡萄球菌菌株（先前已报道），益生菌菌株购自标准菌种保藏中心（ATCC）。

结果

Appropriate media for growing both S. epidermidis and probiotics in a co-culture condition

通过比较不同培养基（BHI、MRS及BHI/MRS混合培养基）中病原菌与益生菌的生长曲线，确定1:1（v/v）BHI/MRS为共培养最适培养基，该比例下两者生长均衡，为后续相互作用研究提供基础。

Competitive exclusion of S. epidermidis in co-cultures with probiotics

共培养实验显示，L. plantarum或L. rhamnosus与S. epidermidis共同孵育48小时后，病原菌生长显著抑制（p=0.0062），但未完全清除。培养基pH急剧下降，与乳酸菌单独培养时相近，表明有机酸分泌可能参与抑制作用。

Effect of CFCS on growth and biofilm Inhibition of S. epidermidis

50%浓度CFCS处理4小时即可显著抑制S. epidermidis生长（p<0.05），72小时后完全清除病原菌（p=0.0003）。CFCS还有效抑制生物膜形成，24小时即降低生物膜活性5.6-log CFU/mL，晶体紫染色显示生物膜密度显著减少（p<0.05）。

Relative gene expression of S. epidermidis

qPCR分析发现，CFCS处理下调S. epidermidis代谢与分裂相关基因表达，包括arcC（精氨酸脱亚胺酶）、gtr（ABC转运蛋白）、mutS（DNA错配修复）、mur1（肽聚糖生物合成）、ftsZ（细胞分裂蛋白）和ltaS（脂磷壁酸合成酶），其中L. rhamnosus处理组下调更显著。

Antimicrobial effect of extracted bioactive secondary metabolites from Lactobacillus

乙酯提取的益生菌代谢产物对S. epidermidis的MIC为2.0 mg/mL，导致4-7 log减少，但未完全杀菌，表明作用为抑菌而非杀菌。

Cell wall damage and permeability

荧光显微镜（HADA和PI染色）显示，CFCS处理组细胞壁完整性受损，HADA荧光减弱，PI摄入增加（紫色重叠），表明细胞膜通透性增加，结构破坏。

结论与讨论

本研究系统证实L. plantarum和L. rhamnosus通过分泌代谢产物（如有机酸、细菌素）有效抑制多重耐药S. epidermidis的生长、生物膜形成和毒力基因表达。机制涉及降低pH、破坏细胞壁完整性及干扰关键代谢通路。尽管效果显著，但本研究限于体外实验，未涉及动物或人体模型，且未完全解析CFCS中具体活性成分。未来需进一步纯化代谢产物、验证基因功能并开展体内实验，以推动益生菌作为替代疗法防控耐药菌感染的实际应用。