DOI: 10.1016/j.actbio.2021.01.039

细菌对抗生素耐药性的惊人增加，导致常规细菌感染治疗方法的疗效越来越低，这是对全球健康的最大威胁之一。在此，研究者开发了益生菌纤维素，一种无抗生素的生物材料，用于治疗严重的皮肤感染和慢性伤口。通过革兰氏染色、扫描电子显微镜（SEM）和共聚焦荧光显微镜对这种复合生物材料进行了深入表征。结果表明，益生菌纤维素由致密的纤维素纳米纤维膜组成，不含纤维素产生菌，完全被活的益生菌（发酵乳杆菌和格氏乳杆菌）侵入。活性分析（包括pH值随时间的变化以及对电致变色多金属氧酸盐的还原能力）证实了纤维素基质中的益生菌不仅具有活性而且还具有代谢活性，这是将益生菌纤维素用作无抗生素抗菌生物材料的关键点。在病原体有利培养基（一种现实生活中的感染情况）中进行的抗菌试验表明，益生菌纤维素大大降低了金黄色葡萄球菌（SA）和铜绿假单胞菌（PA）（在严重的皮肤感染和慢性伤口中最活跃的病原体）的活性。同样地，益生菌纤维素也能有效抑制耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（MRSA）的增殖。细菌纤维素作为伤口敷料的特性与益生菌的抗菌活性相结合，使益生菌纤维素成为治疗局部感染（包括严重且难以治愈的慢性伤口）的抗生素的替代品。此外，益生菌纤维素是在温和的条件下通过一步合成方法制备而成的，不需要长时间且昂贵的化学处理即可纯化出真正的细菌纤维素。

图1.用于制备益生菌纤维素的方案示意图。在有氧条件下共培养Ax和益生菌（Lf或Lg，步骤1）产生厚细菌纤维素凝胶（BC，步骤2），在厌氧条件下，这种凝胶逐渐被益生菌入侵，从而产生了益生菌纤维素（步骤3）。（B）在有氧条件下获得BC（顶部，步骤2）以及通过切换至厌氧条件下产生的益生菌纤维素（底部，步骤3）的示意图（横截面）。

图2.革兰氏染色纤维素膜横截面的暗场光学显微照片，显示益生菌随着孵育时间的延长而逐渐侵入（从左到右）。比例尺=100µm。

图3.（A）在好氧条件下与Ax和Lf共培养的纤维素暴露于空气的表面的FESEM显微照片。请注意，大多数细菌呈现典型的Ax纤维形态（白色箭头）。（B）在厌氧条件下（孵育24小时）形成的双面生物材料横截面的FESEM显微照片：一侧包含Ax（白色箭头），另一侧包含Lf。（C）在厌氧条件下（孵育48小时）与Ax和Lf共培养的纤维素表面的FESEM显微照片。在这种情况下，两个表面（暴露于空气或溶液中）均被细菌完全覆盖，表现出典型的Lf形态。比例尺（A，C）=5µm；（B）=20μm。（D）BC（上）和益生菌纤维素（下）的照片。比例尺=1cm。

图4.BC与Ax和Lf在好氧（A-F）和厌氧条件（G-L）下共培养的CLSM图像。显示绿色通道（SYTO 9，活菌），红色通道（碘化丙啶，死菌）。图（C，D）和（I，J）分别对应于图像（A，B）和（G，H）中方框（3x）的展开视图。3D图代表合并的通道（活死）。比例尺=50µm。

图5.（A）含有益生菌（Lf或Lg）纤维素膜的MRS培养基pH随时间的变化。（B）与含POM的溶液接触的益生菌纤维素在820nm处的紫外-可见吸光度的时间依赖性。数据表示为平均值±标准偏差。

图6.益生菌纤维素的抑菌活性。（A-B）用于评估益生菌纤维素（Lf-和Lg-纤维素）和吸附益生菌的BC（BC+Lf和BC+Lg）对SA和PA的抑制活性的实验方案图。

图7.益生菌纤维素的抗菌活性。（A）PA和SA与BC或益生菌纤维素（Lf-和Lg-纤维素）在TSB中共孵育后的存活率。星号和ns分别表示统计学显著性（p<0.001）和无显著性。（B）描述Lf-和Lg-纤维素与相应对照分析相比的杀菌性能的图表。

图8.通过在TSA平板上进行琼脂扩散测试，评估益生菌纤维素（A，Lf-纤维素和B，Lg-纤维素）对MRSA的抑制活性。还对BC+Lf（A）、BC+Lg（B）和纯BC进行了检测。即使培养基对病原体而言是最佳的，在益生菌纤维素周围出现了明显的抑制区，在通过吸附-孵育程序制备的生物材料（BC+Lf和BC+Lg）周围出现的抑制区较小。