周日早报 | 抗耐菌药物研究出现新进展；未来用手机即可检测食物中的硝酸盐含量；日本初创企业收到关注

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“周日早报”的内容选自ACS出版的全部70多种期刊和C&EN(《化学与工程新闻》杂志)，每次5篇推荐文章。从这些文章中您会一窥科研将会如何影响以致改变我们的生活和生活方式。

#1

可击退300余种耐药菌的新型候选药物

ACS Central Science

尿路感染是一种很常见却又愈加难以治疗的病症，因为导致感染的细菌对多种抗生素均有耐药性。在ACS Central Science最新发表的论文中，美国伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的Paul Hergenrother和同事们报道了一种新型分子（即法比霉素），在患有肺炎和尿路感染的小鼠体内均可抑制耐药细菌。研究人员表示，这种目前处于实验室研究阶段的化合物有朝一日可用于治疗人体内难以对付的感染。

Fabimycin prevents the growth of over 300 strains of drug-resistant bacterial clinical isolates, including E. coli, shown in the illustration here. 

Credit: SciePro/Shutterstock.com

据美国疾病控制与预防中心的数据显示，革兰氏阴性菌这类微生物困扰着全球数百万人，可引发肺炎、尿路感染和血流感染等疾病。此类细菌拥有强大的防御系统，极难应对。其坚韧的细胞壁可将大多数抗生素拒之门外，而其外排泵作用则能够有效清除进入内部的抗生素。这种微生物还可在变异后逃避多种药物。此外，目前有效的治疗方法针对性不强，可同时根除多种细菌，其中就包括有益细菌。因此，研究人员希望设计出一种药物，既可以渗透革兰氏阴性菌的防御系统并治疗感染，同时又保障其他有益的微生物能够完好无损。

该研究团队从一种对革兰氏阳性细菌具有抗菌活性的抗生素着手，对其进行了一系列结构修饰，该修饰手段能够让抗生素对抗革兰氏阴性菌株。修饰后的化合物名为法比霉素，经证明对300余种临床耐药性分离细菌都有极大效用，同时对某些革兰氏阳性病原体和一些存活于人体内或通常对人体无害的细菌相对不活跃。此外，这种新型分子能够帮助患有肺炎或尿路感染的小鼠将体内的耐药菌数量降至感染前水平甚至更低，在同等剂量下，其表现与现有抗生素相同甚至更好。研究人员表示，其研究结果表明法比霉素有朝一日可成为治疗顽固感染的有效武器。

作者感谢伊利诺伊大学、美国国立卫生研究院、美国国家科学基金会、助力战胜耐药细菌计划CARB-X（Combating Antibiotic-Resistant Bacteria Biopharmaceutical Accelerator）、安妮塔•贝肯斯坦（Anita Bekenstein）和乔希•贝肯斯坦（Josh Bekenstein）、美国生物医学高级研究与发展管理局（Biomedical Advanced Research and Development Authority）、美国军事传染病研究计划（Military Infectious Diseases Research Program）和罗伊卡尔慈善信托基金会（Roy J. Carver Charitable Trust）的资助。

文章原题：

An Iterative Approach Guides Discovery of the FabI Inhibitor Fabimycin, a Late-Stage Antibiotic Candidate with in vivo Efficacy against Drug-resistant Gram-negative Infectionsal

https://doi.org/10.1021/acscentsci.2c00598

#2

受方糖启发的海绵状电极改进医疗监测手段

ACS Nano

医生监测心律和肌肉功能时，通常将电极贴在患者的皮肤上，以检测皮肤下的电信号。此类脉冲信号对于诸多疾病的早期诊断和治疗都是至关重要的，但当前可用的电极要么功能有限，要么制造成本高昂。不过，发表于ACS Nano的论文表明研究人员已开发出一种低成本海绵状电极，提升了信号检测，而制备该电极所用的模板为方糖。

Sponge electrodes, seen here in a variety of thicknesses, use sugar cubes as templates.  

Credit：Adapted from ACS Nano 2022, DOI: 10.1021/acsnano.2c04962

目前，用于电生理监测的金标准电极依赖于一个通过导电凝胶与皮肤接触的银圆盘。此类电极是检测心脏病、脑部疾病或神经肌肉疾病等与健康问题相关的异常电信号的重要工具。然而，这些电极不易弯曲，无法很好地贴合皮肤，尤其当患者身体处于活动状态时，信号质量会降低。此外，导电凝胶很容易变干，导致无法进行长期监测。为解决这些难题，研究人员设计了更贴合皮肤的柔软电极，以及可穿透皮肤的微针电极。但这些电极的制造成本高昂，无法广泛应用。美国圣路易斯华盛顿大学的Chuan Wang及其同事们希望开发一种低成本海绵状电极，能更稳定、更有弹性的接触皮肤。

为了制备这种新型装置，研究人员从市场上可买到的方糖入手，他们将方糖模制成模板，然后将其浸入液态聚二甲基硅氧烷 （PDMS）中。经固化后，PDMS成为固体结构。之后研究人员用热水溶解方糖，并在PDMS海绵的微孔涂上一层导电薄膜，形成电极。

微孔可加大海绵状材料与皮肤的接触面积；与标准电极相比，这种新装置表现出较高的信号强度，且降低了噪声信号。此外，与标准电极相比，微孔还有助于该装置携带更多导电凝胶，从而避免凝胶快速变干和丢失信号。导电凝胶同时还起到缓冲器的作用，减轻患者运动时皮肤与电极之间的接触面所受到的不利冲击，确保能够持续进行信号监测。研究人员测试了这种海绵状装置在分娩过程中监测子宫收缩的能力，发现其性能等同于传统型电极，甚至更好。研究人员表示，海绵状电极作为一种低成本且易弯曲的替代品，提升了实现可穿戴医疗保健应用的可能性，包括在需要患者移动的医疗检查中使用，或用于家庭或工作场所对人体进行长期监测。

作者感谢比尔及梅琳达·盖茨基金会提供的资助。

文章原题：

Stretchable Sponge Electrodes for Long-Term and Motion-Artifact-Tolerant Recording of High-Quality Electrophysiologic Signals

https://doi.org/10.1021/acsnano.2c04962

#3

用贴纸和智能手机即可轻松检测食品的亚硝酸盐含量

ACS Applied Materials & Interfaces

硝酸盐和亚硝酸盐可为加工肉制品带来特有的粉色外观与浓郁的风味。然而大量消费者都希望限制此类防腐剂的摄入量，因为这些物质可形成潜在的致癌化合物，但确定此类防腐剂在食品中的含量一直是难点。研究人员在ACS Applied Materials & Interfaces上发表了一篇论文, 报道出一种变色薄膜。消费者将此薄膜粘贴在食品上，即可通过智能手机拍照轻松分析亚硝酸盐含量。

A new film reacts to nitrite anions through a color change, turning darker with higher nitrite levels.

Credit: Adapted from ACS Applied Materials & Interfaces 2022, DOI: 10.1021/acsami.2c09467

意大利腊肠和培根等腌制肉类与加工肉制品，通常采用亚硝酸盐或硝酸盐进行处理，以保持外形美观和口味鲜美。虽然硝酸盐相对稳定，但可在人体内转化为反应性较强的亚硝酸根离子。亚硝酸盐在胃的酸性环境下或高温煎锅内可发生反应，生成亚硝胺。该物质可引发各类癌症。目前有一些可确定食物中亚硝酸盐含量的方法，但对消费者并不怎么友好，且通常需采用昂贵且费力的技术与仪器。为帮助消费者做出更精明的决定，西班牙布尔戈斯大学的Saúl Vallejos、José M. García及其同事们希望开发出一种易于使用的亚硝酸盐定量系统。

为此，这些研究人员开发了一种名为“POLYSEN”的薄膜。此单词意为“聚合物传感器”，由四种单体和盐酸构成。研究人员将由该材料冲压而成的圆片置于肉类样本上15分钟，让薄膜内的单体单元和酸与亚硝酸盐发生四步偶氮偶联反应，之后取出圆片，并在氢氧化钠溶液中浸泡一分钟，使其显色。若食品中存在亚硝酸盐，且亚硝酸盐含量越高，薄膜的黄色色调就越深。为了量化颜色的变化程度，研究人员创建了一个智能手机应用程序，使用手机对薄膜拍照后，若对照圆片的图表与样本圆片的图表相同，则该应用会进行自校准。

该研究团队在自己准备且经亚硝酸盐处理过的肉类和从商店买来的肉类上测试了该薄膜，发现基于这种聚合物传感器的方法所得出的结果，与采用传统型且较复杂的亚硝酸盐检测方法所得结果类似。此外，聚合物传感器符合欧洲有关该薄膜物质与食品接触的规定。研究人员表示，这种新方法可能是消费者确定食品中亚硝酸盐含量的一种对用户友好且价格低廉的方法。

作者感谢西班牙商业银行基金会 （La Caixa Foundation）和西班牙国家研究委员会（Agencia Estatal de Investigación）提供的资助，同时感谢Inforapps公司的支持与合作。

文章原题：

Easy Nitrite Analysis of Processed Meat with Colorimetric Polymer Sensors and a Smartphone App

https://doi.org/10.1021/acsami.2c09467

#4

效果惊人的多发性硬化症药物

ACS Chemical Neuroscience

名为β-干扰素的药物是一种多发性硬化症（MS）常见的治疗方法，可降低复发率并减缓运动功能衰退。β-干扰素是已知含有锌结合口袋的一种蛋白质，人们认为其可减少多发性硬化症患者体内的促炎分子，甚至能够促进抗炎物质的生成。目前研究人员在ACS Chemical Neuroscience上发表论文，表示该分子可降低锌、C肽和白蛋白这三种成分与红细胞结合的可能性。

据美国国家多发性硬化症协会（National Multiple Sclerosis Society）的数据显示，美国和全球分别有近百万人和约280万人患有多发性硬化症。这种自身免疫性疾病可破坏髓鞘（即包裹于神经周围的蛋白质与脂肪隔离层），从而导致神经元信号传导功能受损。患有此症的人通常会出现疼痛、麻木和行动不便的问题。随着时间的推移，此类问题会恶化。

制造髓磷脂的细胞对三磷酸腺苷（ATP）和一氧化氮（NO）较为敏感。后两种分子大量存在于多发性硬化症患者的血液和脑病灶内。红细胞可直接释放一氧化氮，也可通过释放三磷酸腺苷来刺激血管内壁生成一氧化氮。一氧化氮则会继续损害多发性硬化症患者的神经。锌、C肽（胰腺分泌胰岛素的同时也会分泌此物质）和白蛋白是后一过程重要的参与物质，可黏附于红细胞上。β-干扰素则可与锌结合。因此，该药似乎能够帮助患者吸收锌这种矿物质。美国密歇根州立大学的Dana Spence及其同事希望就此展开进一步研究。

这些研究人员在实验室进行测试时，发现多发性硬化症患者的红细胞与对照受试者的细胞相比，可结合更多锌、C 肽和白蛋白。而采用β-干扰素进行治疗，可将多发性硬化症受试者体内的这种相互作用降至对照组水平。白蛋白可促进锌和C肽与多发性硬化症患者体内红细胞的结合，而这种作用经β-干扰素治疗后可消失。研究人员从这一数据得出结论，即该药物很可能在抑制白蛋白的结合作用，使其无法将C肽和锌内容物输送至红细胞，从而无法生成一氧化氮。

作者感谢美国国家神经系统疾病和卒中研究所（National Institute of Neurological Disorders and Stroke）提供的资助。

文章原题：

Interferon-β Decreases the Hypermetabolic State of Red Blood Cells from Patients with Multiple Sclerosis

https://doi.org/10.1021/acschemneuro.2c00332

#5

日本初创企业获政府与商业组织关注

C&EN

日本的创业活动多年来一向滞后。与美国相比，该国成功创办且发展迅速的年轻企业较少。但目前情况已“开始”有所扭转。据美国化学会旗下独立新闻媒体Chemical & Engineering News （C&EN）的一篇报道显示，在大量可用种子资金和政府激励措施的推动下，日本全国各地不断涌现出化学、材料与制药领域的初创企业。

自由撰稿人Katsumori Matsuoka表示，日本政府与商界领袖都担忧日本正在全球范围内丧失经济竞争力。该国最大企业三菱和丰田等，都属于老牌巨头，与国外大量顶级初创企业形成鲜明对比。令人欣慰的是，虽然日本的初创企业去年仅筹集到60亿美元的资金（相比之下，美国初创企业筹集资金则高达3110亿美元），但与2018年相比已有60%的增长。日本经济产业省目前正在采取行动，力求促进新生企业的发展。其于6月发布了一系列措施，其中包括贷款计划和税收优惠，借以鼓励初创企业发展。

然而，虽然日本初创企业出现了喜人的转变与增长，但仍有大量投资者认为初创企业风险太大，不敢投入资金。风投企业和银行在投资时仍较为保守，迫使一些年轻企业要么转向众筹，要么向更懂科技的工业企业筹集资金。尽管日本初创企业的风险投资额在不断加大，但仍有大量商界专家表示，这些企业要具备美国同行的发展势头，仍需一定时日。

“In Japan, start-up culture is starting to emerge”

Volume 100, Issue 28

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