可以杀死细菌的光能分子钻

为了帮助应对抗生素耐药性的挑战，美国莱斯大学的研究人员开发了光激活分子仪(MMs)，它可以通过在细菌的细胞膜上钻孔来杀死细菌。研究人员认为，与传统的化学作用机制相比，细菌不太容易对这种机械作用机制产生耐药性。

据世界卫生组织称，抗生素耐药性是当今人类面临的十大全球公共卫生威胁之一。这种现象是指细菌和其他微生物会随着时间的推移发生变化，对药物不再有反应，这会导致患者出现更严重的感染、更长的恢复时间，甚至死亡。

“所以人类迫切需要新的抗生素，因为细菌已经对几乎所有常规抗生素产生了耐药性，”研究人员表示，“这意味着本来可以通过常规抗生素治疗的感染可能很快就无法治愈。”为此，研究人员们开发了一种机械方法来杀死细菌，这不同于其他涉及抗菌化合物的方法。他们的工作推进了之前在莱斯大学进行的研究，该研究证明了由光驱动的光激活分子仪可以在单个细胞的细胞膜上钻洞。值得注意的是，在最新的进展中，通过添加氮基团，纳米级钻头被制造成由可见光(405nm)触发，而不是有害的紫外线。

每个光激活分子仪由一个桨状的原子链组成，作为一个转子，安装在一个固定的细胞目标分子上。它结合在细菌膜上，一旦被LED灯激活，就会发生构象变化，在大约3兆赫兹的频率下进行360度的单向旋转。然后光激活分子仪在几分钟内钻穿细胞膜，导致细菌的细胞内内容物泄漏，最终导致细菌死亡。

研究人员说:“在我们的工作中快速分子机器迅速杀死了所有被测试的细菌菌株，包括革兰氏阴性和革兰氏阳性，包括耐甲氧西林的金黄色葡萄球菌(MRSA)。这些分子机器因此具有广泛的抗菌活性。” 为了确保杀伤不是由光照单独造成的，研究人员在相同的条件下进行了没有光激活分子仪存在的对照实验。他们只观察到细菌细胞数量的轻微减少，而细菌种群在光激活短短两分钟内就被光激活分子仪完全消灭，这大大超过了传统抗生素的速度。研究人员们还发现，在反复接触光激活分子仪的情况下进行20次循环，并没有出现耐药性。

研究人员正在致力于开发可以专门针对病原体(如MRSA)的光激活分子仪的下一代纳米钻头，以最大限度地减少对宿主细胞和人体自然微生物群的损害。考虑到光线需要接触到细菌，他们认为光激活分子仪可以治疗皮肤感染，尤其是那些与烧伤有关的感染。因为分子机器可以局部应用于伤口，并通过光激活，在需要的地方发挥抗菌活性。

图:两种光激活分子机器的示意图。下图:透射电子显微镜图像，显示了大肠杆菌暴露在光激活分子钻后的不同降解阶段