本文由Xavier Janvier、Séverine Jansen、Charleyne Prenom、Nabiha Khodabux、Francesca Zuttion、Cécile Duclairoir-Poc、Sylvie Cupferman和Ahmad Khodr等作者共同完成，发表于2024年的《npj Biofilms and Microbiomes》期刊。该研究由法国欧莱雅研究与创新中心（L’Oréal Research & Innovation）等机构合作完成，旨在探讨如何通过调节细菌和皮肤表面的物理化学特性来减少细菌在皮肤上的黏附，从而预防皮肤感染和菌群失调。

研究背景

皮肤微生物群是由细菌、真菌和病毒组成的复杂生态系统，其平衡对皮肤健康至关重要。细菌在皮肤上的黏附是皮肤感染和菌群失调的关键步骤。研究表明，细菌黏附过程受到多种物理化学因素的影响，包括疏水性、Lewis酸碱相互作用和范德华力等。通过调节这些物理化学特性，可以影响细菌的黏附行为，进而预防皮肤感染。

研究目的

本研究旨在利用三维（3D）重建皮肤模型，探讨细菌黏附的物理化学机制，并评估通过调节细菌和皮肤表面的物理化学特性来减少细菌黏附的可行性。研究重点关注了金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）、表皮葡萄球菌（Staphylococcus epidermidis）和痤疮丙酸杆菌（Cutibacterium acnes）这三种常见的皮肤细菌。

研究方法

研究分为多个步骤进行： 1. 细菌黏附评估：首先，研究人员评估了细菌在3D皮肤模型上的天然黏附能力。结果显示，金黄色葡萄球菌的黏附能力最强，其次是表皮葡萄球菌和痤疮丙酸杆菌。 2. 化合物筛选：研究人员测试了多种化合物的抗菌活性，确保这些化合物不会杀死细菌，而是通过调节物理化学特性来影响黏附。这些化合物包括硫酸月桂酯钠（SLS）、角叉菜胶（Carr）、羟丙基三甲基氯化铵瓜尔胶（Guar）、透明质酸钠（SH）、鼠李糖脂（Rhm）和Vitreoscilla filiformis提取物（VF）。 3. 物理化学特性分析：通过接触角测量和微生物黏附溶剂（MATS）实验，研究人员评估了化合物对皮肤表面和细菌表面物理化学特性的影响。结果显示，这些化合物显著增加了皮肤表面的润湿性，并改变了细菌表面的疏水性和Lewis酸碱特性。 4. 转录组分析：为了进一步了解细菌黏附的分子机制，研究人员对金黄色葡萄球菌进行了RNA测序分析。结果显示，这些化合物对细菌的转录组影响较小，表明黏附的减少主要是通过物理化学机制的调节实现的。

研究结果

1. 细菌黏附的差异：金黄色葡萄球菌在3D皮肤模型上的黏附能力最强，其次是表皮葡萄球菌和痤疮丙酸杆菌。这一结果与之前的研究一致。
2. 化合物的抗黏附效果：鼠李糖脂（Rhm）对金黄色葡萄球菌的黏附抑制效果最强，其次是角叉菜胶（Carr）和透明质酸钠（SH）。这些化合物通过增加皮肤表面的润湿性和改变细菌表面的物理化学特性来减少黏附。
3. 物理化学机制：研究发现，Lewis酸相互作用与金黄色葡萄球菌的黏附抑制呈强正相关，而疏水性与黏附抑制呈负相关。这表明，通过调节细菌表面的Lewis酸特性和疏水性，可以有效减少细菌的黏附。
4. 转录组分析：RNA测序结果显示，这些化合物对金黄色葡萄球菌的转录组影响较小，进一步支持了黏附抑制主要是通过物理化学机制实现的结论。

研究结论

本研究首次证明了通过调节细菌表面的物理化学特性，可以在不干扰细菌生物学途径的情况下，减少细菌在皮肤上的初始黏附。这一发现为预防皮肤病原菌的定植提供了新的思路，避免了使用抗生素带来的潜在风险。

研究亮点

1. 创新性方法：本研究首次利用3D皮肤模型系统研究了细菌黏附的物理化学机制，并通过调节细菌和皮肤表面的物理化学特性来减少黏附。
2. 重要发现：研究发现，Lewis酸相互作用和疏水性是影响细菌黏附的关键因素，通过调节这些特性可以有效减少细菌的黏附。
3. 应用前景：这一研究为开发新型抗黏附剂提供了理论基础，有望用于预防皮肤感染和菌群失调，特别是在化妆品和皮肤护理产品中的应用。

研究意义

本研究不仅深化了对细菌黏附机制的理解，还为开发新型抗黏附剂提供了理论支持。通过调节细菌和皮肤表面的物理化学特性，可以在不依赖抗生素的情况下，有效预防皮肤感染和菌群失调，具有重要的科学和应用价值。