可见光触发分子机器来治疗感染

莱斯大学化学家詹姆斯·图尔和他的团队成功测试了六种不同的分子机器。它们都在短短两分钟内将革兰氏阴性和革兰氏阳性细菌的细胞膜上打了洞。对于细菌来说，抵抗是徒劳的，因为它们对机械入侵者没有天然的防御能力。这意味着它们不太可能产生耐药性，这可能会提供一种策略来击败那些随着时间的推移对标准抗菌治疗免疫的细菌。

图尔说:“我告诉学生们，当他们到了我这个年纪，耐抗生素细菌会让COVID看起来像在公园里散步。”“抗生素无法让1000万人每年免于死于细菌感染。但这确实阻止了他们。”

的突破性的研究由Tour和Rice校友Ana Santos和刘东东领衔科学的进步．

由于长时间暴露在紫外线下会对人体造成伤害，莱斯大学实验室多年来一直在改进其分子。新版本从405纳米的蓝光中获取能量，使分子的转子以每秒200万到300万次的速度旋转。

这是由其他研究人员提出图尔说，这种波长的光本身具有温和的抗菌性能，但分子机器的加入会增强它的抗菌性能。他建议像烧伤患者和坏疽患者所遭受的细菌感染将是早期的目标。

这些机器是基于诺贝尔奖得主伯纳德·费林加的作品他在1999年开发了第一个带有转子的分子，并使转子在一个方向上可靠地旋转。图尔和他的团队介绍了他们先进的演习2017《自然》杂志论文．

莱斯大学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，金黄色葡萄球菌是皮肤和软组织感染的常见原因，2019年造成10万多人死亡。

该团队通过添加氮基团实现了可见光激活。“在分子的定子(固定)或转子部分，分子被进一步用不同的胺修饰，以促进机器的质子化胺和带负电荷的细菌膜之间的联系，”现在是加州Arcus生物科学公司科学家的Liu说。

研究人员还发现，这种机器能有效地破坏生物膜，并使细胞保持休眠状态，以避免使用抗菌药物。

图尔说:“即使抗生素杀死了大部分菌落，也经常有一些持久细胞出于某种原因没有死亡。”“但这对演习来说无关紧要。”

与早期版本一样，新机器也有望使被认为无效的抗菌药物复活。桑托斯说:“通过钻穿微生物的膜，可以使无效的药物进入细胞，克服细菌对抗生素的内在或后天耐药性。”桑托斯是全球博士后奖学金的第三年，她在莱斯大学学习了两年，并继续在西班牙帕尔马的巴利阿里群岛健康研究所工作。

该实验室正致力于通过将细菌特异性肽标签连接到钻头上，引导它们定位感兴趣的病原体，从而更好地靶向细菌，最大限度地减少对哺乳动物细胞的损害。桑托斯说:“但即使没有这种情况，这种肽也可以应用于细菌集中的部位，比如烧伤伤口。”

共同作者是莱斯校友安娜·里德和约翰·李，高级亚伦·怀德卡，研究生亚历克西斯·范·文鲁伊和雅各布·贝克汉姆，研究员维克多·李，博士后校友Mikita Misiura和Olga Samoylova，研究科学家Ciceron Ayala-Orozco，讲师Lawrence Alemany和Anatoly Kolomeisky，化学教授;巴利阿里群岛卫生研究所和西班牙帕尔马Son Espases大学医院的Antonio Oliver;以及宾夕法尼亚州雷丁市塔健康中心的乔治·泰戈斯。

图尔是T.T.和W.F. Chao化学教授，也是材料科学和纳米工程教授。

欧盟的地平线2020研究与创新计划(843116)、探索研究所和罗伯特·a·韦尔奇基金会(C-2017-20190330)支持了这项研究。