摘要
背景
细菌耐药性和生物膜形成是世界范围内常见的问题，它们可能延长治疗周期，促使自我用药行为增加。此外，这些问题还可能导致治疗失败，从而提高死亡率、医疗费用以及住院需求。因此，为了保护环境和促进人类健康，迫切需要创造性地合成新型抗菌材料。本研究分离并鉴定了奇异变形杆菌菌株PQ350419，将其作为高效的生物-纳米工厂用于生物合成硒纳米颗粒（Se NPs），并优化相关流程。研究展示了一种简单且成本效益高的绿色合成策略，用于制备硒/壳聚糖/氨苄青霉素纳米复合物（Se/CS/AMP），作为一种新型抗菌剂和抗生物膜剂。通过多种分析技术，如透射电子显微镜（TEM）、X射线衍射（XRD）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）、Zeta电位分析和紫外-可见光谱（UV-Vis）确认并表征了Se NPs和Se/CS/AMP的生成。Se NPs和Se/CS/AMP的吸收峰被确定为350至360 nm之间。XRD数据揭示了负载壳聚糖（CS）和氨苄青霉素（AMP）的Se NPs的晶体组成。FTIR光谱证实蛋白质的存在，在合成过程中起到支撑和结合剂的作用。所制备的纳米材料表面带有强负电荷，分别为-24.27 mV（Se NPs）和-23.92 mV（Se/CS/AMP），提高了其稳定性。TEM结果显示，Se NPs粒径范围为88–98 nm，而Se/CS/AMP的粒径范围为86–129 nm。无论是单独使用还是与CS和AMP联合使用，Se NPs均对耐甲氧西林金黄色葡萄球菌ATCC 43300、蜡样芽孢杆菌ATCC 14579、肺炎克雷伯氏菌ATCC 11296和奇异变形杆菌PQ350419显示出剂量依赖性的强效抗菌活性。与单独使用的Se NPs和常规抗生素AMP相比，Se/CS/AMP组合表现出更优越的抗菌效果。相对于Se NPs（分别为40、70、110和150 µg/ml），纳米复合材料针对蜡样芽孢杆菌、金黄色葡萄球菌、肺炎克雷伯氏菌和奇异变形杆菌的最低抑制浓度（MIC）值分别为30、40、60和100 µg/ml。与未处理细胞相比，经纳米复合材料处理的细菌在TEM超微结构研究中表现出显著形态变化和畸形，例如细胞壁扭曲、细胞壁与质膜分离、空泡形成以及完全裂解。100 µg/ml的Se/CS/AMP足以将金黄色葡萄球菌、肺炎克雷伯氏菌和奇异变形杆菌的生物膜形成抑制达50%。Vero细胞系的细胞活力在单独使用Se NPs的细胞毒性测试中，在40.95 ± 2.34 µg/ml浓度下显著降低，而在其纳米复合材料作用下则在199.09 ± 2.61 µg/ml浓度下出现下降，表明纳米复合材料的安全性。
结论
Se/CS/AMP展现出了作为抗菌和抗生物膜剂的潜力，可应用于多个工业、医疗和环境领域。这项研究提出了一种替代性的安全且高效的纳米复合材料，可用于治疗人畜中的有害细菌感染，其效果基于Se NPs、CS和AMP的协同作用。
引言
抗菌素耐药性（AMR）可以定义为微生物对各种抗生素或药物产生防御机制的现象。许多微生物，特别是细菌，能够发展出抵抗一种或多种抗菌药物的能力。现有抗生素的耐药机制包括限制药物摄取、改变药物靶点、使药物失活、主动外排药物以及核糖体回收和分裂等。Michael等人报告称，全球约有495万例死亡病例与AMR有关，其中约357万例直接归因于AMR。联合国和世卫组织估计，AMR的全球影响远高于当前每年70万人的死亡人数，并预计到2050年可能会导致每年1000万人死亡。
Proteus属是一种革兰氏阴性菌，属于需氧、运动性强的杆状菌，可在20°C至37°C的温度下通过迁徙行为移动。该属包含三种机会性致病菌：普通变形杆菌（P. vulgaris）、奇异变形杆菌（P. mirabilis）和彭纳变形杆菌（P. penneri）。P. mirabilis通常存在于泌尿系统和消化道中，但也可引起身体其他部位的感染。主要症状包括泌尿道感染、伤口感染、呼吸道感染和胃部感染。约48%的P. mirabilis菌株表现出抗生素耐药性，被分类为多重耐药菌或广谱β-内酰胺类耐药菌。
如今，纳米材料被广泛用作个体或与抗生素结合使用的有效抗菌剂，以应对AMR问题。纳米颗粒（NPs）尺寸范围为1至100 nm，具备低毒性、低病原体耐药性、化学稳定性和潜在抗菌特性。两种制造纳米结构的方法已被确立，即自上而下的方法和自下而上的方法，它们在质量、速度和成本方面有所不同。由于物理和化学方法的成本较高且存在有害副作用，科学家们转向利用生物分子，如微生物、植物和植物提取物，进行绿色生产NPs。细菌可以在人工环境中快速培养，因此比其他微生物更适合NPs的合成。无机NPs可以通过细菌在胞外或胞内生成。由于流程更简单、纯化更容易，因此优选胞外NPs的合成方式。已有报道显示多种细菌物种可通过解毒过程生成NPs，如Bacillus sp., Staphylococcus sp., Microbacterium sp., Rhodospirillum sp., Acinetobacter sp., Klebsiella sp.和Pseudomonas sp.
银、铜、金、铁和硒等NPs在医学、工业、食品、农业和环境等多个领域至关重要。选择Se NPs是因为其诸多优势，包括改善人类健康的抗氧化防御、硒蛋白功能、免疫调节和其他生理过程。此外，Se NPs还具有降解性、低细胞毒性、生物利用度高、抗炎、抗氧化、抗病毒、抗菌和抗癌潜力，使其成为临床使用和纳米治疗的理想选择之一。
抗菌NPs可通过多种作用模式引发微生物细胞死亡，包括破坏微生物细胞膜、产生活性氧（ROS）、抑制孢子萌发和调控蛋白质。另一方面，一些细菌由于外界条件的变化，如pH、盐分、NPs形状、大小和化学性质，以及外部介质等因素，可能对NPs产生耐药性。这些因素的微小调整都可能影响微生物与NPs之间的相互作用。已发现微生物适应NPs的方式包括主动外排、生物膜形成、挥发、酶解毒和基因突变。E. coli CCM 3954、大肠杆菌013和铜绿假单胞菌CCM 3955在反复接触Ag NPs后会产生耐药性。
纳米复合材料（NCs）正逐渐成为未来材料的新方向，提供了优于单一NPs的解决方案。其主要优点包括改进的机械性能和高表面体积比，允许更好的填料分散和更小的填料尺寸。金属基NCs（MMNC）、聚合物基NCs（PMNC）和陶瓷基NCs（CMNC）可根据基体成分进行分类。壳聚糖（CS）是一种可再生的天然聚合物，具有众多反应性官能团，如-OH和-NH2。壳聚糖被广泛认为是安全、亲水、生物相容、非免疫原性、可生物降解且经济的聚合物，因此在生物技术、食品、医药、工业和农业等领域得到广泛应用。多项研究表明，Se NPs与多糖化合物结合后的表面修饰极大地影响其抗菌作用。
本研究旨在生物合成、优化并表征由Se NPs、CS和AMP组成的新型纳米复合材料（NC），并通过实验验证其对多重耐药细菌的抗菌活性。
材料与方法
样品选择与采集
本研究于2024年4月至5月期间从埃及达米埃塔政府新达米埃塔市、Kafr Elbattikh和Faraskour的多家私人诊所和医学分析实验室收集了22份样本（12名女性和10名男性），包括尿液、粪便和表面擦拭样本。根据Santiago-Rodriguez等人和Zboromyrska & Vila的协议对样本进行处理。样本选自年龄20至50岁、患有细菌感染的合作患者；排除复杂全身性疾病、免疫系统障碍、身体限制或心理问题的患者。样本采集当天或1至2天内获得，并置于冰盒中迅速运送到埃及达米埃塔大学科学学院的微生物学实验室进一步实验。研究方案经过相关机构审查委员会审核批准，所有患者或其父母/监护人均签署知情同意书。
://www.ncbi.nlm.nih.gov/nuccore/PQ350419.1。相应的作者将在合理要求下提供研究过程中生成的数据集。
参考文献
（略）
