細(xì)菌耐藥性問題已成為一項(xiàng)嚴(yán)重的全球挑戰(zhàn)性問題，迫切需要有效的治療手段來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的抗生素。近年來，由于抗菌納米材料與抗生素相比具有獨(dú)特的抗菌機(jī)理，因此引起了越來越多的關(guān)注。盡管抗菌納米材料已經(jīng)顯示出作為補(bǔ)充抗生素的巨大潛力，但是由于潛在的毒性或低的抗菌活性，使其進(jìn)一步的應(yīng)用仍然受到了限制。開發(fā)具有高抗菌活性，低毒性，強(qiáng)選擇性等特點(diǎn)的抗菌納米材料仍然是一個巨大的挑戰(zhàn)。
圖1.基于界面組裝策略構(gòu)建多酶蛋白組裝體實(shí)現(xiàn)多酶協(xié)同抗菌。
天然酶能夠在溫和條件下催化生物相關(guān)底物的反應(yīng)，并顯示出作為有效抗菌劑的巨大潛力。受此啟發(fā)，劉俊秋教授課題組提出了多酶界面組裝的新策略。以具有抗菌活性的多種天然酶和為構(gòu)筑基元成功地制備了多酶納米片層結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了多酶協(xié)同高效抗菌(圖1)。研究顯示，單獨(dú)的溶菌酶、葡萄糖氧化酶、漆酶的組裝體在濃度為5 μg/ml 時，對革蘭氏陰性菌大腸桿菌（E. coli）和革蘭氏陽性菌金黃色葡萄球菌（S. aureus）顯示出了具有輕微殺菌性能，而當(dāng)濃度達(dá)到50 μg/ml時，其抗菌率也僅能夠達(dá)到70%左右。當(dāng)三種酶的組裝體結(jié)合到一起協(xié)同抗菌時，細(xì)菌滅活率顯著提高，大多數(shù)細(xì)菌在濃度為5 μg/ml時就已失活。當(dāng)濃度在50 μg/ml時，細(xì)菌的滅活率則可高達(dá)99.999％(圖2)。
圖2.多酶組裝體抗菌實(shí)驗(yàn)。濃度分別為5、25和50 μg/ml的組裝體對大腸桿菌(a)和金黃色葡萄球菌(b)的細(xì)菌滅活率。
該工作的另一創(chuàng)新點(diǎn)是體系的智能性。通過誘導(dǎo)天然酶的折疊與解折疊，可以控制參與抗菌的酶構(gòu)象的變化，從而控制酶催化與失活的多次可逆變化，因而實(shí)現(xiàn)了多酶組裝材料抗菌活性的“開”與“關(guān)”。該材料的活性開關(guān)過程可實(shí)現(xiàn)多次可逆循環(huán)(圖3)。該智能抗菌系統(tǒng)將為控制抗菌分子活性提供一種高效、快速的方法，也為其在生物醫(yī)療等領(lǐng)域的應(yīng)用提供了可能。
圖3.基于蛋白質(zhì)折疊和解折疊的原理實(shí)現(xiàn)了多酶組裝體抗菌活性的可逆“開”與“關(guān)”。
以上研究成果發(fā)表在Chemical Engineering Journal 2021,416，129082上（DOI: 10.1016/j.cej.2021.129082）（影響因子IF,10.65），通訊作者為杭州師范大學(xué)劉俊秋教授，論文的第一作者為王婷婷博士。
該研究組在蛋白質(zhì)組裝研究領(lǐng)域已連續(xù)發(fā)表多篇高水平研究論文（Chem. Rev. 2016, 116, 13571-13632；Chem. Soc. Rev., 2016, 45, 2756-2767；ACS Nano 2019, 13, 1861?1869；ACS Nano 2017, 11, 938-945；ACS Nano 2016, 10, 421?428；Angew. Chem. Int. Ed. 2014, 53, 13536–13539；Angew. Chem. Int. Ed. 2013, 52, 5590 –5593；J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 10966?10969）。
論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2021.129082
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