基于Euglena gracilis的一步式低成本高通量筛选平台：同时检测抗菌活性、细胞毒性与膜通透性

为何这种微小的绿细胞如此重要

致命的细菌感染正变得越来越难以治疗，因为越来越多的病原体能躲过我们现有的抗生素。然而发现新药既慢又昂贵，常常令人沮丧。本研究引入了一个出人意料的简单助手：Euglena gracilis，一种常见的池塘微生物。通过观察这种微小绿细胞的颜色变化，研究者构建了一种一步法检测，可以快速筛出有前景的抗生素候选物、排除有毒化合物，并在同一经济实惠的测定中检测这些化合物是否能穿过多重生物屏障。

一种简单的变色，却意义重大

在显微镜下，Euglena看起来像一个小绿拖鞋。它的颜色来自叶绿体——这种光合作用的结构与植物细胞中的相同。远古时期，这些叶绿体起源于细菌，至今仍保留着某些细菌特征。这一独特之处使它们易受若干抗生素的影响，抗生素可以损伤或清除叶绿体，使Euglena从绿色变为白色——这一过程称为漂白。同时，Euglena摄食方式灵活：即便失去叶绿体，它也能靠溶解的营养物质生存。这意味着，如果一种化合物使Euglena漂白但细胞仍然存活并继续分裂，那么该化合物很可能以抗菌靶点作用，而不是对复杂细胞（如人体细胞）具有广泛毒性。

一步检测显示三种结果

作者将这种生物学特性转化为实用的高通量筛选方法。他们在标准的96孔板中培养Euglena，对每孔加入不同的测试化合物，并等待数天。实验结束时，每孔可靠地呈现三种可见状态之一：绿色（化合物无明显作用）、白色但浑浊（细胞存活但失去叶绿体，提示可能具抗菌活性），或透明清澈（细胞被杀死，提示普遍毒性）。借助能测量不同波长吸光度的板式读取仪，研究团队定义了数值分界点以自动区分这些状态。红光与绿光波段的吸光度比率可报告漂白状态，而总体信号强度则报告培养是否生长。

将筛查方法付诸检验

为验证该方法的可行性，研究者首先用一个包含79种已知特征化合物的商业库对Euglena进行挑战。他们的基于颜色的系统清晰地区分了已知会杀死细胞的药物与那些特异性干扰类细菌过程的药物。有8种化合物引起了漂白但并未完全灭绝培养物。这些大多是经典抗生素，作用于细菌的蛋白质或DNA合成，涵盖多个不同的化学家族。重要的是，并非某一类中的所有药物都会使Euglena漂白，这表明叶绿体的细菌血统仅与现代细菌的靶点部分重叠。少数化合物由于本身有色，导致异常的光吸收模式，提醒使用者强烈着色的分子可能需要人工复核结果。

在天然产物中发现信号

研究团队接着将该测定应用于88种来自粘细菌和真菌的罕见天然产物，这些生物以产生化学上特殊的分子著称。18种化合物抑制了Euglena的生长，与已知影响能量生产、细胞骨架或细胞自噬回收机制的作用一致。值得注意的是，一种名为argyrin C的环肽（来自粘细菌）产生了强烈的漂白效应而非直接杀死细胞。已知argyrin C可阻断作用于线粒体内蛋白质合成的伸长因子（线粒体是细胞的能量站，同样具有细菌起源）。其在Euglena中的漂白效应证实该测定能识别超出常见核糖体与DNA靶向药物的抗菌风格机制。

该方法的前景与局限

这种基于颜色的筛查将会漏掉某些重要的抗生素类型。例如，作用于细菌细胞壁的药物在叶绿体中无可作用的部位，因此不会使Euglena变色。即便在阻断蛋白质合成的化合物中，只有约40%引起了漂白，这突显出叶绿体与现代病原体之间的进化差距。另一方面，该方法极为廉价、稳健且易于扩展。Euglena可在不含动物血清的简单盐-乙醇培养基中生长，能在最少的维护下维持数周，并且仅需基础实验室设备。由于其叶绿体起源于革兰氏阴性祖先，该测定特别适合发现能穿透典型多层膜结构的药物——这些正是当今某些最令人担忧的耐药细菌所具备的防御。

对未来抗生素研究的意义

对非专业读者而言，这项工作展示了如何通过观察单细胞生物由绿转白的过程来指导对未来抗生素的搜索。Euglena测定并非解决耐药问题的唯一答案，但它是一个强有力的早期筛选工具：一步即可筛选出看起来具抗菌性、对复杂细胞相对安全并能跨越多重膜屏障的分子。这些命中项随后可以进入对致病细菌和动物细胞的更深入测试。随着多药耐药感染在全球范围内不断上升，这类智能、低成本的筛选工具可通过让科学家把有限资源集中于最有希望的候选物，来加速药物发现进程。

引用: Pereira, L., Löffler, LS., H. Kirsch, S. et al. Euglena gracilis as a high-throughput screening platform for antibacterial activity, cytotoxicity and membrane permeability in a one-step and cost-effective assay. J Antibiot 79, 376–385 (2026). https://doi.org/10.1038/s41429-026-00911-5

关键词: 抗生素发现, 高通量筛选, Euglena gracilis, 药物耐药, 天然产物