纳米抗菌剂或可对付细菌耐药性

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1929年,亚历山大·弗莱明首次发表了关于抗生素的《论青霉菌培养物的抗菌作用》的文章,因此这一年被称为“抗生素元年”。1944年,青霉素首次在美国生产出来,随后立即被投入到二战中治疗因伤感染的战士,拯救了难以数计的生命。因此人们把青霉素同原子弹、雷达并列为第二次世界大战中的三大发明。由此人们认识到抗生素在临床治疗中的重要作用。
bifa必发365 ,随后,金霉素、氯霉素、土霉素、制霉菌素、红霉素、卡那霉素等一系列抗生素被发现并用于临床医疗。2011年10月18日,中国卫生部表示,在中国,患者抗生素的使用率达到70%,是欧美国家的两倍,但真正需要使用的不到20%。抗生素的滥用导致机体耐药性的增加,因此,解决机体耐药性成为现阶段研究的重点。

纳米抗菌剂或可对付细菌耐药性 现在细菌耐药性的发展已非常普遍,尤其是耐药的革兰氏阴性菌,是医院里最难对付的细菌。中国国家纳米科学中心中科院纳米生物效应与安全重点实验室蒋兴宇研究组的赵玉云博士及其合作者,在研究中利用纳米抗菌剂对抗这种有了耐药性的细菌,取得进展。据介绍,革兰氏阴性菌细胞外膜所具有的低通透性,以及能将药物分子排出体外的外排泵系统,是其产生耐药性的重要原因。而尺寸在1至100纳米的颗粒,易于穿越细胞膜,进入细胞后不像小分子药物那样容易被细菌外排泵排出,而且纳米颗粒可以负载高浓度的分子,在与生物分子相互作用时发挥多价效应。利用纳米颗粒的这些性质而开发新型纳米抗菌剂,可能具有不同于传统小分子抗菌剂的作用机理,有望对付日益严重的细菌耐药性。蒋兴宇研究组将本身无活性的嘧啶类药物前体小分子修饰于金纳米颗粒,使其显示优良的抗菌活性。这些金纳米颗粒对临床分离的多药耐药革兰氏阴性菌和实验室标准的敏感菌具有良好的抗菌效果,纳米颗粒可绕过细菌的抗性系统发挥作用。研究表明,纳米颗粒通过结合细菌细胞膜上的镁离子破坏细胞膜的结构,造成细胞内容物泄露,细菌死亡。与现有抗生素相比,这种纳米颗粒很难诱导细菌产生耐药性。同时,纳米颗粒对人原代细胞的生理活动无显著影响。有关专家指出,利用纳米技术直接活化药物前体小分子,拓宽了药物筛选范围,简化了药物合成步骤,减少了环境污染。这种抗菌策略具有潜在的药物应用价值。据悉,该项工作得到了国家自然基金委员会、中科院和科技部的支持。相关研究结果发表在近期出版的《美国化学会志》上。更多阅读*JACS*发表论文摘要

来自纽卡斯尔大学和英国ISIS Neutron和Muon研究机构的科学家们共同开展了一个新项目,该项目正在增加我们对抗生素如何治疗细菌的理解。随着近年来抗生素耐药菌数量的增加,开发抗击这种抗药性的方法的能力对我们未来的健康至关重要。

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图1多粘菌素B与这些体外半渗透膜模型的相互作用

该团队在STFC位于牛津郡的ISIS工厂采用了一种称为中子反射计的技术来研究最后一种抗生素多粘菌素B如何与革兰氏阴性菌的外膜相互作用。这些耐寒细菌导致危及生命的疾病,如肺炎和脑膜炎,使其成为临床研究的关键目标。

不同于革兰氏阳性细菌的厚肽聚糖细胞壁,革兰氏阴性细菌拥有一个半渗透膜,由脂多糖和磷脂分子组成,并且具有选择性屏障功能。为了杀死革兰氏阴性菌,大多数抗菌药物主要通过用来摄取水溶性营养素的蛋白质孔道进入细胞内,从而发挥作用。半渗透膜上的蛋白质孔道的突变是机体抗药性产生的重要原因。因此,研究半渗透膜的渗透性与抗生素的相互关系是开发有效抗微生物剂的前提条件。
近日,来自英国Cell and Molecular Biosciences研究所的科学家们通过在体外模拟出与生物膜相同的由脂多糖和磷脂分子组成的半渗透膜,并在此基础上探讨了多粘菌素B与这些体外半渗透膜模型的相互作用。该研究成果近期已经发表在Proceedings of the National Academy of Sciences上。

科学家们越了解这些细菌膜,以及药物与它们的相互作用,我们就越有可能针对抗生素耐药性的威胁以及对我们治疗疾病的能力的影响。

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了解这些抗生素与革兰氏阴性菌外膜的相互作用至关重要,因为造成大多数医院获得性感染的六种生物中有四种是革兰氏阴性菌。

文章的研究者依次将磷脂单层和脂多糖单层从空气-水界面转移到固体基质上,制造出体外不对称磷脂-脂多糖半透膜模型,通过其他方法进行改良后,使得膜结构模型与前期研究的的固体基质上的不对称磷脂-脂多糖双分子层的值保持一致,从而保证该实验的科学性。
体内研究表明PmB的使用会导致半渗透膜的损坏,表现在疱状突起和脂多糖丢失导致半渗透膜的破裂。因此提出PmB可以与脂多糖复合形成通道,从而促进大分子物质穿过半渗透膜。基本机制归因于PmB替换了桥接相邻脂多糖分子负电荷所必需的二价阳离子的置换。研究者通过傅里叶变换衰减全反射红外光谱法监测了PmB使用后的半渗透膜的数据变化,并且证实了Pmb取代二价阳离子的观点。PmB通过取代作用嵌入生物膜内,增加了生物膜的通透性,促进了细胞对外部物质的摄取。
生物膜中的脂多糖在调节半渗透膜分子筛抵制抗生素对细胞内部的渗透中起重要作用。在未来,脂多糖和外膜蛋白之间的相互关系也需要被进一步研究,特别是半渗透膜中蛋白质发生的动态变化。总之,该结果证明了革兰氏阴性细菌的半渗透膜在其适应的生长温度下呈现出紧密堆积的液晶相。不同体外模型的比较表明,在半渗透膜与抗生素相互作用的研究中,脂多糖扮演了一个十分重要的角色。
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