中国教育和科研计算机网 中国教育 高校科技 教育信息化 下一代互联网 CERNET 返回首页
川大科研团队发现这种食品添加剂在极端酸性条件下杀死细菌
2021-01-27 iNature

  可以在极端酸性条件下(pH <4.0)生存的酸性细菌对当前的抗菌方法(包括抗生素和光动力细菌灭活(PDI))提出了挑战。

  2021年1月22日,四川大学吴鹏团队在Nature Communications 在线发表题为“Halo-fluorescein for photodynamic bacteria inactivation in extremely acidic conditions”的研究论文,该研究传达了一种用于极酸性PDI的荧光素卤化的光敏剂设计概念。

  卤化后,控制荧光素吸收的众所周知的螺环化反应转移到酸性pH范围。同时,卤素的重原子效应促进了单线态氧的产生。因此,对于宽范围的酸性细菌家族,发现了几种即使在pH <2.0下也能工作的光敏剂,其最大抑制浓度(IC50)的一半低于1.1μM。由于发现的一种光敏剂是FDA批准的食品添加剂(2‘,4’,5‘,7’-四碘荧光素,TIF),因此证明了在酸性饮料中成功抑制细菌生长,并将其保质期从2天大大延长到了15天。此外,还证明了在极端酸性条件下用TIF对念珠菌的体内PDI。

  人与致病微生物之间的抗争已经存在了数千年。从轻度皮肤感染到致命的溃疡和中毒,细菌一直威胁着人类的健康。细菌的活性与pH值相关,对于大多数微生物而言,适宜的pH值为5.0-9.0。然而,许多细菌,可以在极端酸性条件下生存(pH≤4.0,例如幽门螺杆菌,pH≤2.0)。在这样的pH范围内,普通抗菌剂(例如抗生素和噬菌体)的作用会减弱甚至消失。例如,青霉素,一种众所周知的抗生素,在pH 4时会被酸化为青霉酸,并失去其抗生素作用。因此,开发可在极端酸性条件下工作的抗菌剂是一个巨大的挑战。

  光动力灭活(PDI)是一种有前途的杀灭病原微生物的方法。在此过程中,光敏剂(PSs)将基态氧(3O2)敏化为具有强大氧化能力的单线态氧(1O2),这可能会破坏甚至杀死细菌。由于其破坏性,细菌PDI剂的耐药性大大低于抗生素。但是,大多数PS含有容易质子化的位点(例如N和O),这些位点在极端酸性条件下会失去光动力活性。

  为了在极端酸性条件(pH≤4.0)下促进PDI,基于荧光素衍生物的pH响应分子内螺环化反应和卤素的重原子效应(HAE),在此提出了PS设计概念。荧光素及其衍生物在溶液的有色开放形式和无色螺环形式之间具有分子内亲核平衡,该荧光素已广泛用于各种荧光探针的设计。卤化后,Cl,Br和I的吸电子特性将降低螺环化反应的pH阈值。另一方面,由于众所周知的HAE,将荧光素与重原子(Cl,Br和I)接枝将促进单线态氧的产生。因此,预期荧光素衍生物的卤化将在极端酸性条件下产生适用于PDI的PS。

  基于上述设计,该研究发现了几种即使在pH <2.0时也能工作的PS。最重要的是,这里的PS之一2‘,4’,5‘,7’-四碘荧光素(TIF)是FDA(食品和药物管理局)批准的食品添加剂,因此可用于食用酸性食品的光动力抗菌应用食物。此外,该研究成功地证明了在极端酸性条件下使用TIF对口腔念珠菌病进行体内光动力抗菌疗法(PACT)。

教育信息化资讯微信二维码

特别声明:本站注明稿件来源为其他媒体的文/图等稿件均为转载稿,本站转载出于非商业性的教育和科研之目的,并不意味着赞同其观点或证实其内容的真实性。如转载稿涉及版权等问题,请作者在两周内速来电或来函联系。

邮箱:gxkj#cernet.com
微信公众号:高校科技进展