杭师大刘俊秋教授课题组CEJ：关于多酶组装构筑智能抗菌材料的研究成果
细菌耐药性问题已成为一项严重的全球挑战性问题，迫切需要有效的治疗手段来代替传统的抗生素。近年来，由于抗菌纳米材料与抗生素相比具有独特的抗菌机理，因此引起了越来越多的关注。尽管抗菌纳米材料已经显示出作为补充抗生素的巨大潜力，但是由于潜在的毒性或低的抗菌活性，使其进一步的应用仍然受到了限制。开发具有高抗菌活性，低毒性，强选择性等特点的抗菌纳米材料仍然是一个巨大的挑战。
图1.基于界面组装策略构建多酶蛋白组装体实现多酶协同抗菌。
天然酶能够在温和条件下催化生物相关底物的反应，并显示出作为有效抗菌剂的巨大潜力。受此启发，刘俊秋教授课题组提出了多酶界面组装的新策略。以具有抗菌活性的多种天然酶和为构筑基元成功地制备了多酶纳米片层结构，实现了多酶协同高效抗菌(图1)。研究显示，单独的溶菌酶、葡萄糖氧化酶、漆酶的组装体在浓度为5 μg/ml 时，对革兰氏阴性菌大肠杆菌（E. coli）和革兰氏阳性菌金黄色葡萄球菌（S. aureus）显示出了具有轻微杀菌性能，而当浓度达到50 μg/ml时，其抗菌率也仅能够达到70%左右。当三种酶的组装体结合到一起协同抗菌时，细菌灭活率显著提高，大多数细菌在浓度为5 μg/ml时就已失活。当浓度在50 μg/ml时，细菌的灭活率则可高达99.999％(图2)。
图2.多酶组装体抗菌实验。浓度分别为5、25和50 μg/ml的组装体对大肠杆菌(a)和金黄色葡萄球菌(b)的细菌灭活率。
该工作的另一创新点是体系的智能性。通过诱导天然酶的折叠与解折叠，可以控制参与抗菌的酶构象的变化，从而控制酶催化与失活的多次可逆变化，因而实现了多酶组装材料抗菌活性的“开”与“关”。该材料的活性开关过程可实现多次可逆循环(图3)。该智能抗菌系统将为控制抗菌分子活性提供一种高效、快速的方法，也为其在生物医疗等领域的应用提供了可能。
图3.基于蛋白质折叠和解折叠的原理实现了多酶组装体抗菌活性的可逆“开”与“关”。
以上研究成果发表在Chemical Engineering Journal 2021,416，129082上（DOI: 10.1016/j.cej.2021.129082）（影响因子IF,10.65），通讯作者为杭州师范大学刘俊秋教授，论文的第一作者为王婷婷博士。
该研究组在蛋白质组装研究领域已连续发表多篇高水平研究论文（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）。
论文链接：
https://doi.org/10.1016/j.cej.2021.129082
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