細菌感染是危害人類健康的主要原因之一。革蘭氏陰性菌由於具有不可滲透的外膜，其導致的細菌感染難被治癒，相關藥物匱乏。抗菌性多肽以物理作用破壞菌膜，不易產生耐藥性，被稱為下一代抗生素，對革蘭氏陰性菌表現出優異的抗菌效能。然而，由於其最小抑菌濃度始終不能與現有抗生素相媲美，限制了抗菌性多肽的臨床應用。

中國科學院理化技術研究所生物奈米材料團隊透過將抗菌性多肽偶聯至一維棒狀的菸草花葉病毒（TMV）外表面來提升抗菌性多肽的抗菌效能。一方面，偶聯至TMV外表面之後，抗菌性多肽獲得了顯著提高的區域性濃度；另一方面，棒狀奈米粒子與菌膜的接觸面積通常大於球形奈米粒子，因而對菌膜的破壞性更強。結果表明，偶聯至TMV外表面的抗菌性多肽獲得了數百倍提升的抗菌活性，如TAT多肽對大腸桿菌的最小抑菌濃度可由1300 μg /mL降低至3。2 μg/mL（以多肽濃度為計）。透過形貌及基因分析，抗菌性多肽功能化的TMV（Peptide-TMV）透過對膜結構的破壞以及誘導大腸桿菌產生ROS導致大腸桿菌的凋亡。Peptide-TMV與大腸桿菌作用後，還將引起大腸桿菌生物膜相關基因的下調，從而抑制了生物膜的形成，抑制率約55%。該工作為大幅提升抗菌性多肽的抗菌活性提供了新策略。

相關研究成果以Conjugating Peptides onto 1D Rodlike Bionanoparticles for Enhanced Activity against Gram-Negative Bacteria為題，發表在Nano Letters上。理化所在讀博士生謝國成為論文第一作者，研究員牛忠偉及副研究員田野為論文通訊作者。

研究團隊近年來在基於天然大分子的抗菌材料領域取得了系列成果，如透過病毒衣殼蛋白與光敏劑的組裝構建穿膜增強的光動力抗菌體系（Proc。 Natl。 Acad。 Sci。 U。 S。 A。2019， 116， 23437-23443），透過菌膜誘導結構轉變的殼聚糖-聚乙二醇-抗菌性多肽偶聯物抵抗綠膿桿菌生物膜感染（ACS Appl。 Mater。 Interfaces2020， 12， 13731-13738），平衡改性殼聚糖的抗菌性與安全性以促進革蘭氏陽性菌感染創面的修復（J。 Mater。 Chem。 B2018， 6， 3884-3893），利用剪下變稀的水凝膠體系構建具有抗菌功能的3D列印生物墨水（Bioact。 Mater。2020， 5， 808-818）等。相關研究工作得到中科院理化技術研究所所長基金、國家重點研發計劃、國家自然科學基金、北京市自然科學基金和中科院青年創新促進會的支援。

多肽功能化菸草花葉病毒抗革蘭氏陰性菌及抑制生物膜形成示意圖

TAG: 抗菌多肽TMV菌膜大腸桿菌