《International Microbiology》：In Silico and In-vitro assessment of β carotene extracted from Westella botryoides for fighting multidrug resistant bacterial strains
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针对多重耐药菌挑战，本研究聚焦绿藻Westella botryoides，首次提取β-胡萝卜素（β-C），结合分子对接模拟（S. mutans-3IHK、E. coli-7P2M、S. aureus-5M1A、Salmonella typhi-7CI4受体）与体外抗菌实验，揭示其对致病菌的抑制活性（500 μg/mL时最高杀菌率28%）及低毒特性（肾毒性/呼吸毒性风险低），为天然抗菌剂开发提供可持续藻类资源与新策略。
在抗生素滥用导致多重耐药菌（MDR）肆虐的当下，寻找天然、低毒且可持续的抗菌剂成为全球科研焦点。藻类作为富含生物活性物质的可再生资源，其含有的β-胡萝卜素（β-C，C??H??，分子质量536.88 g/mol）因抗氧化、膜破坏及免疫调节特性备受关注。然而，现有研究多集中于杜氏盐藻（Dunaliella salina）等常见藻类，对绿藻Westella botryoides中β-胡萝卜素的提取及其抗菌机制的系统性研究尚属空白。为此，来自伊拉克Al-Qadisiyah大学教育学院的Haider Ammar Kareem Leelo团队开展研究，旨在评估环境因子（如光照强度45 μmol）对W. botryoides产β-胡萝卜素的影响，并通过分子对接与体外实验验证其对抗S. mutans、E. coli、S. aureus、Salmonella typhi等多重耐药菌的潜力，相关成果发表于《International Microbiology》。
研究采用的关键技术方法包括：从Al-Qadisiyah大学教育学院高级环境实验室分离纯化W. botryoides，在CH-10培养基（25±2°C，65 μmol/m2/s光照，8:16光暗周期）中批量培养至稳定期；通过HPLC（C18柱，甲醇/乙腈流动相，475 nm波长）定量新鲜/干重藻体中β-胡萝卜素含量；采用琼脂扩散法（抑菌圈直径）和CLSI微稀释法（MIC值）评估抗菌活性；利用MOE软件进行分子对接（受体：S. mutans-3IHK、E. coli-7P2M、S. aureus-5M1A、Salmonella typhi-7CI4，分辨率3.00 ?至1.16 ?）；通过流式细胞术（DCFH?-DA探针）检测细菌活性氧（ROS）水平；借助ProTox 3.0服务器预测肾毒性、呼吸毒性等毒理学终点；并开展1500 ps分子动力学（NPT系综，MMFF94x力场）模拟能量动态。
检测W. botryoides中β-胡萝卜素的HPLC梯度分析
通过HPLC色谱图匹配（保留时间5.2 min）与校准曲线（峰面积-浓度线性方程），证实W. botryoides含高浓度β-胡萝卜素：新鲜重0.78 μg/mg，干重132 mg，且在45 μmol光照强度下稳定期产量最优。HPLC图谱显示提取物与Sigma-Aldrich标准品峰形一致，纯度经紫外可见光谱验证（475 nm特征吸收）。
β-胡萝卜素的抗菌效力
琼脂扩散实验表明，500 μg/mL β-胡萝卜素对S. mutans、E. coli、S. aureus、Salmonella typhi的杀菌率分别为22%、18%、27%、28%；最低杀菌率随浓度降低（62.5 μg/mL时S. mutans 18%、E. coli 14%、P. aeruginosa 9%）。MIC结果显示，对Salmonella typhi和E. coli为32 μg/mL，对S. aureus和S. mutans为16 μg/mL。扫描电镜（SEM）观察到处理组细菌细胞膜损伤、内容物泄漏，流式细胞术证实125 μg/mL β-胡萝卜素显著提升ROS水平（较对照组增加约3倍），表明氧化应激是杀菌机制之一。
抗菌性能评估
分子对接显示β-胡萝卜素与S. aureus-5M1A结合亲和力最强（-8.0156 kcal/mol），RMSD值2.2510 ?，通过烷基、Pi-烷基、Pi-σ相互作用（结合距离1.02-2.15 ?）稳定结合；与S. mutans-3IHK（-5.6381 kcal/mol）、E. coli-7P2M（-6.1465 kcal/mol）、Salmonella typhi-7CI4（-6.8665 kcal/mol）的结合能依次为-25.7743、-26.5486、-21.567 kcal/mol，均形成稳定复合物（RMSD 2.33-2.4997 ?）。
β-胡萝卜素与毒理学特性
ProTox 3.0预测显示，β-胡萝卜素对肾毒性（无活性）、呼吸毒性（低风险）及致癌性（低影响）安全性较高，但与CYP2E1（肝毒性相关）、CYP3A4、CYP2D6等代谢酶存在相互作用，提示需注意与其他药物的代谢干扰。营养毒性方面，正常摄入量下风险极低，过量可能致维生素A中毒。
分子动力学模拟
1500 ps分子动力学模拟显示，β-胡萝卜素与S. mutans-3IHK、S. aureus-5M1A、Salmonella typhi-7CI4的能量波动范围为-4400至-4200 kcal/mol，结合稳定；与E. coli-7P2M的能量变化较大（-5300至-5100 kcal/mol），表明后者的相互作用更具动态柔性。
该研究首次证实W. botryoides是可持续的β-胡萝卜素来源，其提取物通过破坏细胞膜完整性、诱导ROS爆发及干扰代谢通路，对多重耐药菌（尤其S. aureus）表现出显著抗菌活性，且毒理学风险较低。分子对接与动力学模拟揭示了β-胡萝卜素与细菌受体的特异性结合模式（如S. aureus-5M1A的Pi-烷基相互作用），为天然抗菌剂的靶向设计提供了结构基础。尽管体外实验验证了抗菌效果，仍需动物模型进一步评估体内疗效及药代动力学特性。这项研究不仅拓展了藻类资源的药用价值，也为应对抗生素耐药性危机提供了基于“绿色化学”的创新策略，尤其在食品保鲜（如抑制肉制品腐败菌）和临床辅助治疗（联合传统抗生素）领域具有潜在应用前景。
