球蟒鳞片能够抑制细菌生物膜的形成。图片来源：David Kleyn/Alamy

球蟒得名于它的经典防御姿态：蜷缩成球状并将头部收拢起来。然而，它们的鳞片还隐藏着另一种更为精妙的防御机制：能够抑制细菌积聚的微小尖刺。近日发表于ACS Omega的一项研究，有望为开发基于机械而非化学作用的抗菌材料带来灵感。

英国谢菲尔德大学的Andrew Parnell表示：“我们或许可以同时使用机械装置与抗生素，采用‘双管齐下’的策略，重新利用一些现有的抗生素。”

微观结构在自然界随处可见。韭菜叶、荷叶和玫瑰花瓣上的微小波纹，有助于植物排出水分；鲨鱼鳞片上的微细棱纹，能够有效减少阻力。此外，研究人员还探究过壁虎皮肤和蝉翼上的毛发状结构如何阻碍细菌的附着。尽管此前关于蛇皮微观结构对色彩和运动的影响已有研究，但其对细菌的潜在功效却被忽视了。

为了找到答案，捷克布拉格化工大学的Václav Peroutka团队，对球蟒的鳞片进行了细致观察，发现其表面密布着微小棘刺。每一根棘刺长约9微米，相当于一个单体细胞。研究人员推测，这些棘刺能够抑制生物膜的形成，后者通常是由微生物群落分泌的一层保护性黏液构成的，有助于微生物附着于宿主表面。生物膜不仅能锁住营养物质，还能阻止抗菌剂进入，充当了微生物之间交换基因（包括与耐药性相关的基因）的媒介。依附于生物膜的细菌比游离细菌的耐药性高出了1000倍。

利用从捷克皮尔森动物园收集的脱落的蟒皮，研究团队将单个鳞片固定在针头上，并置于富含大肠杆菌或金黄色葡萄球菌的培养液中。

48小时后，作为对照组的聚苯乙烯塑料表面已被一层厚实且发育成熟的生物膜覆盖。然而，球蟒鳞片对这些微生物的抵御能力要强得多：附着在鳞片表面的大肠杆菌和金黄色葡萄球菌数量分别减少了88%和78%。在显微镜下观察，鳞片表面仅零星分布着一些在尖刺间找到藏身之处的细菌。

对于这些尖刺如何抑制生物膜的形成，研究人员提出了几种可能的机制。它们或许限制了细菌能够接触的表面积，或迫使细菌形成几何结构不稳定的形态。还有一种可能性是，这些尖刺会对细菌的细胞膜造成物理损伤，或者以某种方式抑制了它们分泌生物膜凝胶的能力。

Parnell希望能看到更多研究以确定具体的作用机制。“他们将细菌引入这些鳞片表面，随后发现细菌无法附着。但缺失了一个关键环节——这中间究竟发生了什么？”澳大利亚阳光海岸大学的Gregory Watson指出，若要将仿生设计转化为实用的产品，理解具体机制至关重要。“我们可以进一步改进这些特性，通过化学手段能够创造出许多自然界无法生成的东西。”

Parnell指出，如果微结构抗菌产品能够得到普及，公众在观念上也要发生转变。“如果我们转而使用一种不依赖化学品的系统，就必须接受这样一个事实：杀菌效率明显降低了。”他说，“不过，另一个额外好处是，我们可以在更多场所使用这些产品。”（王铄）

相关论文信息：

https://doi.org/10.1021/acsomega.5c12739