細菌耐藥性問題已成為一項嚴重的全球挑戰(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特的抗菌機理，因此引起了越來越多的關注。盡管抗菌納米材料已經(jīng)顯示出作為補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，使其進一步的應用仍然受到了限制。開發(fā)具有高抗菌活性，低毒性，強選擇性等特點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建多酶蛋白組裝體實現(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底物的反應，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筑基元成功地制備了多酶納米片層結構，實現(xiàn)了多酶協(xié)同高效抗菌(圖1)。研究顯示，單獨的溶菌酶、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，而當濃度達到50 μg/ml時，其抗菌率也僅能夠達到70%左右。當三種酶的組裝體結合到一起協(xié)同抗菌時，細菌滅活率顯著提高，大多數(shù)細菌在濃度為5 μg/ml時就已失活。當濃度在50 μg/ml時，細菌的滅活率則可高達99.999％(圖2)。
圖2.多酶組裝體抗菌實驗。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)的細菌滅活率。
該工作的另一創(chuàng)新點是體系的智能性。通過誘導天然酶的折疊與解折疊，可以控制參與抗菌的酶構象的變化，從而控制酶催化與失活的多次可逆變化，因而實現(xiàn)了多酶組裝材料抗菌活性的“開”與“關”。該材料的活性開關過程可實現(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)療等領域的應用提供了可能。
圖3.基于蛋白質(zhì)折疊和解折疊的原理實現(xiàn)了多酶組裝體抗菌活性的可逆“開”與“關”。
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
