合肥光源用户在窄谱抗菌领域获新进展学术资讯

内容来源：中国科学院重大科技基础设施共享服务平台

细菌抗药性的出现与扩散严重威胁全球公共卫生安全。应对这一挑战亟需开发新型抗菌物和抗菌疗法。窄谱抗菌物/疗法可特异性地识别并清除目标病菌，从而减少对宿主共生菌群的脱靶干扰、并降低对细菌的抗药性进化压力。但是，由于区分病菌与益生菌的固有难度、以及制药公司对窄谱抗菌缺乏投资热情（出于成本—收益平衡考虑，他们自然地希望能开发一个可以杀灭所有细菌的抗菌物），窄谱抗菌物/疗法的发展一直处于极度迟滞状态。近期，中国科学技术大学阳丽华副教授课题组与国家同步辐射实验室软X射线成像线站合作完成的工作显示，可以通过熵增驱动的物理识别机制赋予光动力纳米球以靶向球菌的窄谱行为，从而将光动力疗法这一现有常规广谱疗法转变成一种窄谱抗菌方案。

阳丽华副教授课题组基于纳米球/细菌混合液沉降实验所绘制的相图发现，增加混合液中纳米球含量会使相似电荷纳米球/球菌混合体系发生类似于纳米球/胶体颗粒混合体系相态变化的相转变、但是却不能让纳米球/杆菌混合体系发生任何相态变化。为了解开这一差异背后的微观原因，阳丽华副教授课题组与国家同步辐射实验室软X射线成像线站合作，利用同步辐射软X射线成像技术成功地在不干扰生物样品的情况下表征了相似电荷纳米球与细菌在水相体系中相互作用的微观景象，并首度发现了细菌形貌在此过程中的关键作用（即带负电荷纳米球会在熵增驱动下选择性地吸附在球菌表面、却而不会吸附在杆菌表面）。通过与沉降实验所得相图进行比较分析发现了相似电荷纳米球/细菌相互作用过程中的细菌形貌选择性、且这一物理选择识别机制普适于不同化学组成和表面化学的多种纳米球。基于这种物理识别机制、以及ROS极度有限的有效活性半径（不足200 nm），研究人员通过纳米球负载光敏剂将其转化为能够靶向球菌的窄谱抗菌剂。这项工作不仅首次揭示了细菌形貌在相似电荷纳米球/细菌相互作用中的关键作用，还有望为过敏性皮炎等由于球菌在杆菌主导健康共生菌群的微环境中过度繁殖所引起的疾病提供一种新疗法。

相关研究工作以“Selective Entropy Gain-Driven Adsorption of Nanospheres onto Spherical Bacteria Endows Photodynamic Treatment with Narrow-Spectrum Activity”为题，在线发表在期刊《The Journal of Physical Chemistry Letters》上。

（a）（顶部）原位拍摄的金黄色葡萄球菌溶液的同步辐射软X射线成像（TXM）图像，（底部）相应的示意图。（b-c）SiO2-100和金黄色葡萄球菌混合物的TXM图像以及相应的示意图。（d）SiO2-100和枯草芽孢杆菌混合物的TXM原位图像以及相应的示意图。（e -f）AuNS-PEG的示意图以及TEM图像，（g-h）流体力学直径和ζ-电势。（i-j）AuNS-PEG和细菌混合物的TXM原位图像，其中（i）金黄色葡萄球菌和（j）枯草芽孢杆菌分别用作球形细菌和棒状细菌的代表。