細菌無處不在，人類與細菌相宿相生。抗生素可以迅速殺滅致病菌，保障人類的生命安全。但抗生素的大量和不合理使用，導(dǎo)致多重耐藥細菌即“超級細菌”出現(xiàn)，嚴重威脅著人類和動物健康。更為嚴重的是，臨床病原菌分離鑒定存在效率低、準確率差等缺陷，大大降低了臨床治療的時效性和有效性，導(dǎo)致臨床上病原菌呈現(xiàn)持續(xù)感染、反復(fù)發(fā)作等特征。因此，高效、快速精準靶向區(qū)分病原菌對抗菌藥物篩選和臨床診斷治療具有重要意義。
圖1. PH-ID對革蘭氏陽性菌特異性成像機制示意圖。
細菌主要分為革蘭氏陽性菌（G+）和革蘭氏陰性菌（G-）兩大類，為實現(xiàn)快速篩選革蘭氏陽性菌和陰性菌，提高臨床藥物治療有效性，廣東工業(yè)大學(xué)馮星副教授與廣州醫(yī)科大學(xué)李瑩教授、香港中文大學(xué)（深圳）唐本忠院士團隊開發(fā)了一種電荷中性、特異性脂滴成像的紅光聚集誘導(dǎo)發(fā)光材料(PH-ID)，能夠在10分鐘內(nèi)實現(xiàn)G+的特異性染色和成像，成功染色的G+發(fā)出紅色的熒光且肉眼可見，而PH-ID未對G-染色（圖1）。本研究不但提供了一種新型的紅光AIE材料，可實現(xiàn)對陰性/陽性細菌的高效區(qū)分與準確篩選，為臨床細菌監(jiān)控提供新策略，而且通過深入闡明PH-ID對G+選擇性成像機制，為AIEgens合理設(shè)計和高效利用提供理論依據(jù)，為新型抗菌藥物創(chuàng)制提供技術(shù)手段和骨架結(jié)構(gòu)。該工作以“Lipid Droplet-Specific Red Aggregation-Induced Emission Luminogens: Fast Light-Up of Gram-Positive Pathogens for Identification of Bacteria”為題發(fā)表在《ACS Materials Letters》上（ACS Materials Lett. 2022, 4, 1523?1530）。文章第一作者是廣東工業(yè)大學(xué)碩士研究生王曉慧和中國農(nóng)業(yè)大學(xué)博士后宋玫蓉。該研究得到深圳大學(xué)王東教授和中國農(nóng)業(yè)大學(xué)朱奎教授的幫助，以及國家自然科學(xué)基金委、廣東省自然科學(xué)基金委、廣東工業(yè)大學(xué)“青年百人計劃”的支持。
圖2．PH-ID對（A）革蘭氏陽性菌和（B）革蘭氏陰性菌染色成像圖。
研究團隊測試了AIE分子PH-ID對革蘭氏陽性菌（表皮葡萄球菌（S. epidermidis）、金黃色葡萄球菌（S. aureus）, 耐甲氧西林金黃色葡萄球菌（MRSA）和耐萬古霉素腸球菌 (VRE））和革蘭氏陰性菌（大腸桿菌 (E. coli), 耐氨芐西林大腸桿菌（E. coli ToP10）, 多藥耐藥大腸桿菌(MDR E. coli), 多藥耐藥肺炎克雷伯菌(MDR K. pneumoniae)染色和成像，發(fā)現(xiàn)10 min 內(nèi)PH-ID染色革蘭氏陽性菌，而提高濃度和染色時間均未對革蘭氏陰性菌染色（圖2）。
圖3．（A）PH-ID與細菌膜商業(yè)染料共染熒光圖。（B）微量熱泳動（MST）測定PH-ID與細菌質(zhì)膜膜磷脂成分的親和力。
膜靶向是AIE材料抗菌治療和細胞成像的重要機制，但AIE材料對細菌的特異性靶向機制尚不清晰。進一步探究PH-ID分子與細菌結(jié)合的潛在靶標，利用MST測試PH-ID與細菌質(zhì)膜的磷脂酰甘油（PG），磷脂酰乙醇胺（PE），心磷脂（CL）和哺乳動物細胞膜的磷脂磷脂酰膽堿（PC）的親和力。PH-ID對PG、PE、CL、PC均表現(xiàn)出高親和力，平衡解離常數(shù)（KD）分別為25.8、25.0、16.6和16.1 μmol/L（圖3B）。結(jié)果表明電中性的PH-ID主要通過疏水作用結(jié)合質(zhì)膜磷脂分子。對于革蘭陰性菌，其疏水屏障外膜可阻礙高疏水性的化合物進入細菌。PH-ID具有高疏水性（cLogP = 5.50），推測革蘭陰性菌外膜阻礙了PH-ID與質(zhì)膜表面磷脂結(jié)合。通過CRISPR基因編輯及突變誘導(dǎo)等生物學(xué)試驗，構(gòu)建LPS缺陷鮑曼不動桿菌，PH-ID成功染色LPS缺失鮑曼不動桿菌，說明革蘭陰性菌的LPS是PH-ID對革蘭陽性菌特異性的原因。因此，AIE分子PH-ID是膜靶向抗菌候選物的潛在來源，是闡明膜靶向抗菌作用機制的有效模式分子。研究結(jié)果為膜靶向AIEgens合理設(shè)計和高效利用提供理論依據(jù)。
原文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsmaterialslett.2c00551
