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化学涂料以虫子自己的语言固定在细菌周围

2019-06-19 14:56:23 • 来源：

普林斯顿大学的研究人员已经开发出一种方法，可以将与细菌化学“交流”的特殊涂层置于表面，告诉他们该做什么。可根据需要用于抑制或促进细菌生长的包衣具有对细菌的这种控制能力，因为实际上它们“说”了虫子自己的语言。

化学涂料以虫子自己的语言固定在细菌周围

5月22日在“自然微生物学”杂志上报道的这项新技术包含了与微生物自然释放的相同类型的生物分子，用于沟通和协调群体行为 - 这一过程称为群体感应。

研究人员表示，劫持这种细菌语言的群体感应可以开启一系列应用。医院的涂层表面可以对抗形成类似堡垒的细菌群落，称为生物膜，从而使细菌容易受到人体抗生素或医院表面或设备上的消毒清洁产品的影响。或者，如果细菌提供益处 - 如在废水处理厂或益生菌生产中 - 那么涂覆工业设备的表面可以增强微生物的有益活动。

“我们的研究提出了一种令人兴奋的，现在看似合理的可能性，即用群体感应调节分子修饰的表面可能具有抗感染或促生长特性，”共同主要作者Minyoung Kevin Kim说，他是生物学教授实验室的研究生Bonnie Bassler和工程学教授霍华德斯通，都是该论文的高级作者。

“虽然我们还有很多研究要做，但正如我们在本研究中所做的那样，确定我们可以连接到表面的群体感应分子，可能是分散生物膜的理想策略，”Aishan Zhao，co说道。 - 该论文的作者和Tom Muir教授实验室的研究生，也是该论文的作者和Van Zandt Williams，Jr。班级教授和普林斯顿大学化学系主任。

Kim和Zhao在一种名为Staphylococcus aureus的细菌上进行了实验。通常简称为葡萄球菌，它是医院病房的祸害，它可以徘徊和感染病人，特别是那些接受植入医疗器械的病人。除了引起潜在的致命疾病如菌血症(血液中毒)和中毒性休克综合症外，葡萄球菌通常对抗生素具有抗药性，因此将其列入医生迫切想要更好的抗击方法的病原体列表中。

研究人员之前已经证明，葡萄球菌中的群体感应是由被称为AIP的分子的分泌驱动的。AIP分子与集落中相邻葡萄球细胞膜上的受体结合。如果该菌落在其自我保护的生物膜状态下被淹没，则AIP积聚会触发生物膜的分解，或者它首先会阻止生物膜的形成。如果允许自然群体感应进一步进行，它会导致细菌进入毒性状态，在那里它们迅速繁殖并喷出使人生病的毒素。AIP的合成衍生物，称为TrAIP-II，可以关闭毒力，甚至可以迫使细菌回到生物膜状态。

为了试图积极和消极地操纵葡萄球菌的群体感应，普林斯顿大学的团队开始着手制作表面镶嵌有AIP或TrAIP-II的表面，这些化学物质是先前在Muir实验室开发的化学物质。然而，稳固地附着分子是一项重大挑战。在克服它的过程中，Kim和Zhao点燃了使用点击化学的想法，这是他们几年前在Muir教授的课堂上一起学习的技术。点击化学有效地连接特定的小分子单元，构建一个更大的整体。该技术成功地将群体感应分子桥接到附着于表面的“连接”分子，包括玻璃，塑料和金属。

研究人员追踪表面附着的葡萄球菌表现出的群体感应水平，荧光蛋白在群体感应信号出现时发光。正如科学家所希望的那样，在AIP涂层表面上增加了群体感应，并使葡萄球菌停止产生生物膜。另一方面，TrAIP-II涂层表面抑制了群体感应，反过来又阻止了葡萄球菌产生毒素。

研究人员进一步对细菌控制涂层进行了实际环境中会遇到的各种应力。涂层仍在人体血浆存在下起作用，这将由植入的医疗装置遇到。当被流动的水和气泡冲洗时，就像衬在工业管道上一样，生物分子仍然附着并且起作用。表面上的化学涂层也证明是持久的，在储存超过五周后，它们的反或群体感应反应强度没有降低。

总体而言，选择性地增加或夯实细菌喋喋不休作为管理微生物的手段的前景已经更接近实际操作。

“人们现在可以想象用这些或其他群体感应分子或衍生物涂覆的表面用于医药，工业或农业，这些表面可以抵抗有害细菌的定植，或促进有益细菌的定植，”Squibb教授兼主席Bassler说。分子生物学系，以及霍华德休斯医学研究所研究员。

“我们相信这种以表面为中心的方法可能会产生影响，”Stone，Donald R. Dixon '69和Elizabeth W. Dixon教授以及机械和航空航天工程系主任说。“我们希望继续研究并与潜在合作伙伴合作，这些合作伙伴可能会从普林斯顿大学开发的方法中获益。”

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