中國科大在窄譜抗菌領(lǐng)域取得進(jìn)展
細(xì)菌抗藥性的出現(xiàn)與擴(kuò)散嚴(yán)重威脅全球公共衛(wèi)生安全。應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)亟需開發(fā)新型抗菌物和抗菌療法。窄譜抗菌物/療法可特異性地識(shí)別并清除目標(biāo)病菌，從而減少對(duì)宿主共生菌群的脫靶干擾、并降低對(duì)細(xì)菌的抗藥性進(jìn)化壓力。但是，由于區(qū)分病菌與益生菌的固有難度、以及制藥公司對(duì)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(fā)一個(gè)可以殺滅所有細(xì)菌的抗菌物），窄譜抗菌物/療法的發(fā)展一直處于極度遲滯狀態(tài)。針對(duì)這一問題，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)陽麗華副教授課題組提出賦予現(xiàn)有的廣譜抗菌物/療法以辨別目標(biāo)細(xì)菌的能力，從而將其轉(zhuǎn)變成一種窄譜抗菌物/療法。
光動(dòng)力療法利用光動(dòng)力敏化劑響應(yīng)光照所原位生成的活性氧物質(zhì)（ROS）來清除目標(biāo)細(xì)胞。然而，“成也蕭何、敗也蕭何”。一方面，由于ROS能夠同時(shí)破壞多種對(duì)細(xì)胞正常功能必不可少的細(xì)胞物質(zhì)，光動(dòng)力療法能清除抗藥性細(xì)菌、且同時(shí)能延換細(xì)菌獲得抗藥性。另一方面，由于ROS能對(duì)所經(jīng)之處的細(xì)胞不加選擇地加以清除，光動(dòng)力治療常規(guī)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(fā)現(xiàn)，當(dāng)把表面帶負(fù)電荷的納米球與細(xì)菌混合在一起時(shí)，納米球會(huì)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(xì)菌形貌選擇的識(shí)別機(jī)制受熵增驅(qū)動(dòng)、且普適于組成和表面化學(xué)不同的多種納米球。基于這種物理識(shí)別機(jī)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(dòng)力效應(yīng)，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(dòng)力納米球和多種細(xì)菌所做抗菌實(shí)驗(yàn)的證實(shí)。相關(guān)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(fā)表在期刊The Journal of Physical Chemistry Letters (https://dx.doi.org/10.1021/acs.jpclett.0c00287)上。這項(xiàng)工作不僅首次揭示了細(xì)菌形貌在相似電荷納米球/細(xì)菌相互作用中的關(guān)鍵作用，還有望為過敏性皮炎等由于球菌在桿菌主導(dǎo)健康共生菌群的微環(huán)境中過度繁殖所引起的疾病提供一種新療法。
圖1，（上）光動(dòng)力納米球（PNS）在光照下原位生成活性氧物質(zhì)（ROS）。（中和底）帶負(fù)電荷納米球選擇性吸附到（中）球細(xì)菌表面、而不吸附到（底）桿菌表面。如果這些納米球具有光動(dòng)力效應(yīng)，它們?cè)诠庹障驴筛咝宄蚓?、卻不干擾桿菌。
該項(xiàng)研究得到了國家自然科學(xué)基金委的資助和國家同步輻射實(shí)驗(yàn)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（女）為論文第一作者。
（化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院、科研部）
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