“分子机器”：科学家开发能有效杀死细菌的新纳米级“钻头”

莱斯大学开发的最新迭代的纳米级“钻头”是由可见光激活，而不是像早期版本那样由紫外线激活。通过对真实感染的测试，这些也被证明能有效地杀死细菌。

莱斯大学化学家James Tour和他的团队成功地测试了六种“分子机器”的变种。它们都在短短两分钟内在革兰氏阴性和革兰氏阳性细菌的膜上打了洞。对于那些对“机械入侵者”没有天然防御能力的细菌来说，抵抗是徒劳的。这意味着它们不太可能产生抗药性，这可能提供了一种策略来打败那些随着时间推移对标准抗菌治疗产生免疫力的细菌。

“我告诉学生，当他们到了我这个年龄，耐抗生素细菌将使COVID看起来像在公园里散步，”Tour说。“抗生素将无法使每年1000万人不因细菌感染而死亡。但这真的能阻止他们。”

由Tour和莱斯大学校友Ana Santos和Dongdong Liu领导的这项突破性研究将于6月1日发表在《科学进展》杂志上。

由于长时间暴露在紫外线下会对人体造成伤害，莱斯实验室多年来一直在完善其分子。新版本从405纳米的静止蓝光中获得能量，以每秒200万至300万次的速度旋转分子的转子。

其他研究人员认为，该波长的光本身具有温和的抗菌特性，但“分子机器”的加入使其增压，Tour说，他建议像烧伤患者和坏疽患者遭受的细菌感染将成为早期目标。

这些机器是基于伯纳德·L·费林加获得诺贝尔奖的工作，他在1999年开发了第一个带转子的分子，并使转子可靠地朝一个方向旋转。Tour和他的团队在2017年的《自然》杂志上介绍了他们的先进钻头。

莱斯实验室在烧伤伤口感染模型上对新分子的首次测试证实了它们快速杀死细菌的能力，包括耐甲氧西林金黄色葡萄球菌，这是皮肤和软组织感染的常见原因，在2019年造成了10万多人死亡。

该团队通过添加一个氮基实现了可见光的激活。研究人员说：“分子的定子（静止的）或转子部分用不同的胺进一步修饰，以促进机器的质子化胺与带负电荷的细菌膜之间的联系。”

研究人员还发现这些机器能有效地打破生物膜和顽固细胞，这些细胞成为休眠状态以避免抗菌药物。

Tour说：“即使抗生素杀死了大部分菌落，也经常有一些顽固细胞由于某种原因没有死亡。但这对钻头来说并不重要。”

与早期版本一样，新“分子机器”也有望使被认为无效的抗菌药物恢复活力。 Santos说：“钻过微生物的膜使原本无效的药物进入细胞，并克服细菌对抗生素的内在或后天抗药性。” Santos在莱斯大学学习了两年，现在继续在西班牙帕尔马的巴利阿里群岛健康研究所学习。

该实验室正在努力实现更好的细菌定位，以尽量减少对哺乳动物细胞的损害，方法是将细菌特异性肽标签与钻头连接起来，将其引向感兴趣的病原体。 Santos说：“但即使不这样做，肽也可以应用于细菌集中的部位，如烧伤的伤口区域。”