細菌無處不在，人類與細菌相宿相生？股乜梢匝杆贇缰虏【，保障人類的生命安全。但抗生素的大量和不合理使用，導致多重耐藥細菌即“超級細菌”出現，嚴重威脅著人類和動物健康。更為嚴重的是，臨床病原菌分離鑒定存在效率低、準確率差等缺陷，大大降低了臨床治療的時效性和有效性，導致臨床上病原菌呈現持續感染、反復發作等特征。因此，高效、快速精準靶向區分病原菌對抗菌藥物篩選和臨床診斷治療具有重要意義。
圖1. PH-ID對革蘭氏陽性菌特異性成像機制示意圖。
細菌主要分為革蘭氏陽性菌（G+）和革蘭氏陰性菌（G-）兩大類，為實現快速篩選革蘭氏陽性菌和陰性菌，提高臨床藥物治療有效性，廣東工業大學馮星副教授與廣州醫科大學李瑩教授、香港中文大學（深圳）唐本忠院士團隊開發了一種電荷中性、特異性脂滴成像的紅光聚集誘導發光材料(PH-ID)，能夠在10分鐘內實現G+的特異性染色和成像，成功染色的G+發出紅色的熒光且肉眼可見，而PH-ID未對G-染色（圖1）。本研究不但提供了一種新型的紅光AIE材料，可實現對陰性/陽性細菌的高效區分與準確篩選，為臨床細菌監控提供新策略，而且通過深入闡明PH-ID對G+選擇性成像機制，為AIEgens合理設計和高效利用提供理論依據，為新型抗菌藥物創制提供技術手段和骨架結構。該工作以“Lipid Droplet-Specific Red Aggregation-Induced Emission Luminogens: Fast Light-Up of Gram-Positive Pathogens for Identification of Bacteria”為題發表在《ACS Materials Letters》上（ACS Materials Lett. 2022, 4, 1523?1530）。文章第一作者是廣東工業大學碩士研究生王曉慧和中國農業大學博士后宋玫蓉。該研究得到深圳大學王東教授和中國農業大學朱奎教授的幫助，以及國家自然科學基金委、廣東省自然科學基金委、廣東工業大學“青年百人計劃”的支持。
圖2．PH-ID對（A）革蘭氏陽性菌和（B）革蘭氏陰性菌染色成像圖。
研究團隊測試了AIE分子PH-ID對革蘭氏陽性菌（表皮葡萄球菌（S. epidermidis）、金黃色葡萄球菌（S. aureus）, 耐甲氧西林金黃色葡萄球菌（MRSA）和耐萬古霉素腸球菌 (VRE））和革蘭氏陰性菌（大腸桿菌 (E. coli), 耐氨芐西林大腸桿菌（E. coli ToP10）, 多藥耐藥大腸桿菌(MDR E. coli), 多藥耐藥肺炎克雷伯菌(MDR K. pneumoniae)染色和成像，發現10 min 內PH-ID染色革蘭氏陽性菌，而提高濃度和染色時間均未對革蘭氏陰性菌染色（圖2）。
圖3．（A）PH-ID與細菌膜商業染料共染熒光圖。（B）微量熱泳動（MST）測定PH-ID與細菌質膜膜磷脂成分的親和力。
膜靶向是AIE材料抗菌治療和細胞成像的重要機制，但AIE材料對細菌的特異性靶向機制尚不清晰。進一步探究PH-ID分子與細菌結合的潛在靶標，利用MST測試PH-ID與細菌質膜的磷脂酰甘油（PG），磷脂酰乙醇胺（PE），心磷脂（CL）和哺乳動物細胞膜的磷脂磷脂酰膽堿（PC）的親和力。PH-ID對PG、PE、CL、PC均表現出高親和力，平衡解離常數（KD）分別為25.8、25.0、16.6和16.1 μmol/L（圖3B）。結果表明電中性的PH-ID主要通過疏水作用結合質膜磷脂分子。對于革蘭陰性菌，其疏水屏障外膜可阻礙高疏水性的化合物進入細菌。PH-ID具有高疏水性（cLogP = 5.50），推測革蘭陰性菌外膜阻礙了PH-ID與質膜表面磷脂結合。通過CRISPR基因編輯及突變誘導等生物學試驗，構建LPS缺陷鮑曼不動桿菌，PH-ID成功染色LPS缺失鮑曼不動桿菌，說明革蘭陰性菌的LPS是PH-ID對革蘭陽性菌特異性的原因。因此，AIE分子PH-ID是膜靶向抗菌候選物的潛在來源，是闡明膜靶向抗菌作用機制的有效模式分子。研究結果為膜靶向AIEgens合理設計和高效利用提供理論依據。
原文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsmaterialslett.2c00551
