《Journal of Food Composition and Analysis》：Exploring the antibacterial mechanism of Perilla essential oil based on network pharmacology and molecular dynamics techniques
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食源性致病菌，特别是枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）和蜡样芽孢杆菌（Bacillus cereus），由于其形成孢子的能力和抗生素耐药性，带来了日益增长的健康和经济风险。紫苏精油（Perilla essential oil, PEO）已显示出
食源性致病菌，特别是枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）和蜡样芽孢杆菌（Bacillus cereus），由于其形成孢子的能力和抗生素耐药性，带来了日益增长的健康和经济风险。紫苏精油（Perilla essential oil, PEO）已显示出广谱抗菌潜力，但其对芽孢杆菌属（Bacillus）物种的作用机制仍有待完全阐明。在本研究中，研究人员采用网络药理学预测了PEO可能调节宿主在细菌感染期间炎症和代谢反应的潜在人类宿主靶点（PTGS2、CYP3A4、CYP2C19）和相关通路（花生四烯酸代谢、细胞色素P450药物代谢）。该方法为PEO间接的、宿主介导的抗菌作用提供了分子假说。为了研究直接抗菌活性，研究人员对枯草芽孢杆菌和蜡样芽孢杆菌进行了体外实验，包括最低抑菌浓度（MIC）测定、生长曲线分析、扫描电子显微镜（SEM）、膜电位测量和DNA损伤检测。结果表明，PEO直接破坏细菌细胞膜完整性、降低膜电位、抑制细菌增殖并诱导DNA损伤。总的来说，这三种效应共同解释了PEO的直接抗菌作用。通过整合基于网络药理的宿主靶点预测与直接杀菌作用的实验验证，本研究提供了对PEO抗菌机制的全面理解。这些发现为PEO作为天然防腐剂在控制芽孢杆菌孢子污染和对抗耐药菌方面的应用提供了分子证据。
食源性致病菌（特别是孢子形成且耐药的枯草芽孢杆菌Bacillus subtilis和蜡样芽孢杆菌Bacillus cereus）对食品安全构成严重威胁，而紫苏精油（Perilla essential oil, PEO）具有广谱抗菌潜力但其具体机制未明。为此，研究人员开展本研究。论文发表在《Journal of Food Composition and Analysis》。研究人员采用了网络药理学预测PEO对宿主靶点（PTGS2、CYP3A4、CYP2C19）及通路（花生四烯酸代谢、细胞色素P450药物代谢）的间接调节作用，并结合分子对接、分子动力学模拟评估结合稳定性，同时通过体外实验（最低抑菌浓度MIC测定、生长曲线、扫描电子显微镜SEM、膜电位荧光检测、DAPI染色及DNA电泳）验证其对B.subtilis和B.cereus的直接抗菌活性。紫苏材料来源于山西百草盛生物科技有限公司，菌株来自山西大学实验室。
研究结果部分：
3.1 筛选PEO抗菌活性成分及靶点预测：通过气相色谱-质谱联用（GC-MS）和数据库检索鉴定出27种活性成分，与抗菌疾病靶点取交集得到50个共同靶点，对应17种主要化学成分（烯烃、醇、醛、酮、酚类）。
3.2 构建与分析抗菌活性成分作用靶点网络：利用Cytoscape构建成分-靶点网络，显示nerolidol、(+)-α-terpineol等成分和CYP19A1、AR、PTGS2等靶点具有高中心性，体现多成分多靶点协同效应。
3.3 靶点相互作用分析：通过STRING和Cytoscape构建蛋白质-蛋白质相互作用（PPI）网络，筛选出核心靶点（AR、PGR、PARP1、PTGS2、CYP3A4、CYP19A1、ESR1、IDO1、CYP2C9、HMGCR、CYP2C19、MAOB、MAPK14、MAPK8），提示这些靶点可能主导PEO抗菌作用。
3.4 基因本体（GO）功能和京都基因与基因组百科全书（KEGG）通路富集分析：GO注释显示主要涉及酶活性调节、受体结合、跨膜运输等；KEGG富集到24条通路，核心包括细胞色素P450药物代谢、花生四烯酸代谢、Toll样受体信号通路，说明PEO可能通过干扰病原体代谢和宿主免疫炎症途径发挥抗菌作用。
3.5 建立化合物-靶点-通路（C-T-P）网络：构建的网络显示各活性成分可作用于多个靶点，靶点与多条通路关联协同参与抗菌。
3.6 分子对接结果：主要活性成分与核心靶点进行分子对接，多数结合能低于-5.0 kcal·mol
-1，copaene与CYP2C19、ESR1、CYP19A1结合能低于-7.0 kcal·mol
-1，表明强结合活性。
3.7 分子动力学模拟：选取CYP2C19-α-terpineol、CYP3A4-nerolidol、PTGS2-nerolidol进行100 ns模拟。均方根偏差（RMSD）和回转半径（Rg）显示复合物结构稳定；均方根波动（RMSF）显示关键残基波动小；溶剂可及表面积（SASA）分析表明结构稳定；氢键数量少但维持稳定；MM/GBSA结合自由能计算显示CYP3A4系统结合最强（静电贡献显著），CYP2C19系统以疏水作用为主，PTGS2系统静电和极性溶剂化贡献显著。
3.8 体外抗菌实验结果：
3.8.1 抗菌活性：PEO对B.subtilis抑菌圈直径17.50 mm，最低抑菌浓度（MIC）=1.25 μL/mL；对B.cereus抑菌圈15.34 mm，MIC=2.50 μL/mL；对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌无活性。
3.8.2 生长曲线测定：PEO处理使两种菌的吸光度在0.1-0.3波动，显著抑制增殖，2倍最低抑菌浓度（2MIC）组抑制更强。
3.8.3 膜电位：PEO处理后，B.subtilis膜电位荧光强度降低35.1%，B.cereus降低81.6%，表明膜电位破坏。
3.8.4 扫描电子显微镜（SEM）分析：PEO处理后细菌出现变形、皱缩、坍塌，形态结构破坏，且2MIC组损伤更严重。
3.8.5 PEO对DNA合成的影响：DAPI荧光染色显示处理组荧光减弱；DNA含量显著下降，B.cereus从295.369 ng·μL
-1降至54.118 ng·μL
-1，B.subtilis从188.769 ng·μL
-1降至7.262 ng·μL
-1；琼脂糖凝胶电泳条带变暗，表明PEO诱导DNA降解。
总结讨论部分：网络药理学预测了PEO可能通过调节宿主炎症和代谢通路（花生四烯酸代谢、细胞色素P450药物代谢）间接发挥抗菌作用（该间接机制需进一步验证），而体外实验证实PEO直接通过破坏膜完整性、干扰代谢和诱导DNA损伤的多靶点机制抑制B.subtilis和B.cereus。B.subtilis比B.cereus对PEO更敏感，原因需进一步研究。这些发现为PEO作为天然防腐剂控制芽孢杆菌孢子污染和对抗耐药菌提供了分子基础。研究结论部分翻译如下：
本研究整合了网络药理学、分子对接、分子动力学模拟和体外实验，探究了PEO对B.subtilis和B.cereus的抗菌机制。气相色谱-质谱联用（GC-MS）分析PEO发现27种在文献中具有可检测抗菌活性的成分。网络药理学预测了可能作用于包括PTGS2、CYP3A4和CYP2C19在内的50个人类宿主靶点的17种关键成分，并富集到花生四烯酸代谢和细胞色素P450药物代谢等通路。这些预测表明PEO可能调节宿主在细菌感染期间的炎症和代谢反应，但该间接机制需要进一步验证。分子对接和100 ns分子动力学模拟证实了所选PEO成分与预测人类蛋白靶点之间具有稳定的结合亲和力，范德华力和静电能量主导了结合。体外实验表明，PEO直接抑制B.subtilis和B.cereus的生长（MIC分别为1.25和2.50 μL/mL），破坏细胞膜完整性（SEM和膜电位测定），并引起DNA损伤（DAPI荧光和DNA电泳）。总之，这些结果表明PEO通过涉及膜破坏、代谢干扰和DNA损伤的多靶点机制发挥抗菌作用。在相同实验条件下，B.subtilis对PEO处理比B.cereus更敏感，表现为更低的MIC值和更大的DNA含量减少，其潜在原因需进一步研究。这些发现为考虑PEO作为天然防腐剂控制芽孢杆菌孢子污染提供了分子基础。其多靶点作用可能在降低细菌耐药性风险方面具有优势，使其成为食品保鲜和对抗耐药菌的有前景的候选物。
