中國科大在窄譜抗菌領域取得進展

發稿時間:2020-03-25瀏覽次數:11

細菌抗藥性的出現與擴散嚴重威脅全球公共衛生安全。應對這一挑戰亟需開發新型抗菌物和抗菌療法。窄譜抗菌物/療法可特異性地識別并清除目標病菌,從而減少對宿主共生菌群的脫靶干擾、并降低對細菌的抗藥性進化壓力。但是,由于區分病菌與益生菌的固有難度、以及制藥公司對窄譜抗菌缺乏投資熱情(出于成本—收益平衡考慮,他們自然地希望能開發一個可以殺滅所有細菌的抗菌物),窄譜抗菌物/療法的發展一直處于極度遲滯狀態。針對這一問題,中國科學技術大學陽麗華副教授課題組提出賦予現有的廣譜抗菌物/療法以辨別目標細菌的能力,從而將其轉變成一種窄譜抗菌物/療法。

光動力療法利用光動力敏化劑響應光照所原位生成的活性氧物質(ROS)來清除目標細胞。然而,“成也蕭何、敗也蕭何”。一方面,由于ROS能夠同時破壞多種對細胞正常功能必不可少的細胞物質,光動力療法能清除抗藥性細菌、且同時能延換細菌獲得抗藥性。另一方面,由于ROS能對所經之處的細胞不加選擇地加以清除,光動力治療常規而言就是一種廣譜抗菌療法。

近期,陽麗華副教授課題組首度發現,當把表面帶負電荷的納米球與細菌混合在一起時,納米球會選擇性吸附到球菌表面、卻不吸附到桿菌表面,而且這種基于細菌形貌選擇的識別機制受熵增驅動、且普適于組成和表面化學不同的多種納米球。基于這種物理識別機制、以及ROS極度有限的有效活性半徑(不足200 nm)(圖1上),研究人員猜想如果納米球具有光動力效應,那么就可能在光照下高效清除球菌、卻不干擾桿菌(圖1中和底)。這一猜想得到了采用不同光動力納米球和多種細菌所做抗菌實驗的證實。相關研究成果以“Selective Entropy Gain-Driven Adsorption of Nanospheres onto Spherical Bacteria Endows Photodynamic Treatment with Narrow-Spectrum Activity”為題發表在期刊The Journal of Physical Chemistry Letters 上。這項工作不僅首次揭示了細菌形貌在相似電荷納米球/細菌相互作用中的關鍵作用,還有望為過敏性皮炎等由于球菌在桿菌主導健康共生菌群的微環境中過度繁殖所引起的疾病提供一種新療法。

圖1,(上)光動力納米球(PNS)在光照下原位生成活性氧物質(ROS)。(中和底)帶負電荷納米球選擇性吸附到(中)球細菌表面、而不吸附到(底)桿菌表面。如果這些納米球具有光動力效應,它們在光照下可高效清除球菌、卻不干擾桿菌。

該項研究得到了國家自然科學基金委的資助和國家同步輻射實驗室的支持。中國科大陽麗華副教授為論文的通訊作者、碩士研究生楊彬倩為論文第一作者。

論文鏈接:https://dx.doi.org/10.1021/acs.jpclett.0c00287


(化學與材料科學學院、科研部) 


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