分子演习摧毁了致命的“超级细菌”

 
下图显示了由光触发的电动纳米机器如何钻入细菌，为抗生素铺平了道路。实验表明，细菌再次对抗生素美洛培南敏感，并对其产生了抗药性。图片来源：唐·特斯哈拉·加尔巴德奇/比奥拉大学(Biola University)分子钻探已经具有靶向和消灭致命细菌的能力，这些细菌对几乎所有抗生素都产生了耐药性。在某些情况下，演习会使抗生素再次有效。
赖斯大学，德克萨斯农工大学，比奥拉大学和达勒姆大学(英国)的研究人员表明，化学家詹姆斯·图尔的赖斯实验室开发的机动分子可在数分钟内有效杀死抗药性微生物。
图尔说：“到2050年，这些超级细菌每年可能杀死1000万人，远远超过了癌症。” “这些是噩梦细菌;它们对任何东西都没有反应。”
电机以细菌为目标，一旦被光激活，便会穿过它们的外部。
尽管细菌可以通过将抗生素拒之门外而进化出对抗生素的抵抗力，但细菌却无法抵抗分子演习。能够穿过钻头开口的抗生素再次对细菌致命。
研究人员在美国化学学会期刊ACS Nano中报告了他们的结果。
Tour和杜伦皇家社会大学研究员，新论文的合著者罗伯特·帕尔(Robert Pal)在2017年推出了用于钻穿细胞的分子钻。这些钻是桨状分子，可以被提示以每秒300万转的速度旋转当用光激活时。
赖斯大学(Rice University)发明的电动纳米机器和抗生素美罗培南暴露于肺炎克雷伯菌(Klebsiella pneumoniae)细菌，在透射电子显微镜图像中显示出破坏的迹象。黄色箭头显示细胞壁破坏的区域，而紫色箭头显示细胞质从细胞中逃逸的位置。图片来源：唐·萨瑟拉·加尔巴德/德克萨斯州的A&M首席科学家Jeffrey Cirillo和前赖斯研究员Richard Gunasekera的德克萨斯州A&M实验室进行的测试在几分钟之内有效杀死了肺炎克雷伯菌。靶细菌的显微图像显示了马达钻穿细胞壁的位置。
“细菌不仅具有脂质双层，” Tour说。 “它们有两个双层分子，并且蛋白质和糖相互连接，因此，通常情况下，这些物质不会穿过这些非常坚固的细胞壁。这就是为什么这些细菌难以杀死的原因。但是它们无法抵御这类分子的机器演练，因为这是机械作用，而不是化学作用。”
电机还增加了肺炎克雷伯菌对美罗培南的敏感性，美罗培南是一种细菌产生耐药性的抗菌药物。 “有时候，当细菌发现一种药物时，它不会让它进入。”图尔说。 “其他时候，细菌会通过让其进入灭活状态而使药物消灭。”
他说美洛培南是前者的一个例子。 “现在我们可以穿过细胞壁了，”图尔说。通过与分子钻结合使用，可以为无效的抗生素注入新的生命。”
Gunasekera说，仅以少量纳米机器为靶标的细菌菌落杀死了多达17%的细胞，但添加美罗培南后增加到了65%。在进一步平衡电动机和抗生素后，研究人员能够杀死94%的引起肺炎的病原体。
赖斯大学(Rice University)发明的电动纳米机器和抗生素美罗培南暴露于肺炎克雷伯菌(Klebsiella pneumoniae)细菌，在透射电子显微镜图像中显示出破坏的迹象。黄色箭头显示细胞壁破坏的区域，紫色箭头显示细胞质从细胞中逸出的位置，红色箭头显示细胞质泄漏。图片来源：Don Suchhara Galbadage / Texas A&M Tour说，纳米机器可能在治疗由细菌(如金黄色葡萄球菌MRSA，克雷伯菌或假单胞菌)引起的皮肤，伤口，导管或植入物感染以及肠道感染方面见到最直接的影响。他说：“在皮肤上，在肺部或在胃肠道中，只要我们可以引入光源，我们就可以攻击这些细菌。” “或者一个人可以让血液流过一个装有灯的外部盒子，然后回到体内杀死血液传播的细菌。”
Cirillo说：“我们最初对治疗伤口和植入物感染非常感兴趣。” “但是我们有办法将这些波长的光传递给肺部感染，这种感染会引起肺炎，囊性纤维化和结核病的大量死亡，因此我们还将开发呼吸道感染治疗方法。”
Gunasekera指出，引起尿路感染的膀胱传播细菌也可能成为目标。
该论文是本周巡回实验室发表的两篇论文之一，该论文提高了微观纳米机器治疗疾病的能力。在另外一个出现在ACS Applied Materials Interfaces中的系统中，赖斯和德克萨斯大学MD安德森癌症中心的研究人员使用对可见光有反应的机器而不是以前使用的紫外线瞄准并攻击了胰腺癌细胞的实验室样本。 “这是又一大进步，因为可见光不会对周围的细胞造成太大的损害，”图尔说。