一種新的納米級“鑽頭”已經被開發出來，可以有效地殺死細菌。這些新型“分子機器”由可見光激活，並能在短短兩分鐘內穿過細菌的細胞膜打洞。由於細菌對這種機制沒有天然的防禦能力，它可能是一種治療抗生素耐藥性細菌的有用策略。
萊斯大學開發的最新迭代的納米級“鑽頭”是由可見光激活，而不是像早期版本那樣由紫外線激活。通過對真實感染的測試，這些也被證明能有效地殺死細菌。
萊斯大學化學家James Tour和他的團隊成功地測試了六種“分子機器”的變種。它們都在短短兩分鐘內在革蘭氏陰性和革蘭氏陽性細菌的膜上打了洞。對於那些對“機械入侵者”沒有天然防禦能力的細菌來說，抵抗是徒勞的。這意味着它們不太可能產生抗藥性，這可能提供了一種策略來打敗那些隨着時間推移對標準抗菌治療產生免疫力的細菌。
“我告訴學生，當他們到了我這個年齡，耐抗生素細菌將使COVID看起來像在公園裡散步，”Tour說。“抗生素將無法使每年1000萬人不因細菌感染而死亡。但這真的能阻止他們。”
由Tour和萊斯大學校友Ana Santos和Dongdong Liu領導的這項突破性研究將於6月1日發表在《科學進展》雜誌上。
由於長時間暴露在紫外線下會對人體造成傷害，萊斯實驗室多年來一直在完善其分子。新版本從405納米的靜止藍光中獲得能量，以每秒200萬至300萬次的速度旋轉分子的轉子。
其他研究人員認為，該波長的光本身具有溫和的抗菌特性，但“分子機器”的加入使其增壓，Tour說，他建議像燒傷患者和壞疽患者遭受的細菌感染將成為早期目標。
這些機器是基於伯納德·L·費林加獲得諾貝爾獎的工作，他在1999年開發了第一個帶轉子的分子，並使轉子可靠地朝一個方向旋轉。Tour和他的團隊在2017年的《自然》雜誌上介紹了他們的先進鑽頭。
萊斯實驗室在燒傷傷口感染模型上對新分子的首次測試證實了它們快速殺死細菌的能力，包括耐甲氧西林金黃色葡萄球菌，這是皮膚和軟組織感染的常見原因，在2019年造成了10萬多人死亡。
該團隊通過添加一個氮基實現了可見光的激活。研究人員說：“分子的定子（靜止的）或轉子部分用不同的胺進一步修飾，以促進機器的質子化胺與帶負電荷的細菌膜之間的聯繫。”
研究人員還發現這些機器能有效地打破生物膜和頑固細胞，這些細胞成為休眠狀態以避免抗菌藥物。
Tour說：“即使抗生素殺死了大部分菌落，也經常有一些頑固細胞由於某種原因沒有死亡。但這對鑽頭來說並不重要。”
與早期版本一樣，新“分子機器”也有望使被認為無效的抗菌藥物恢復活力。 Santos說：“鑽過微生物的膜使原本無效的藥物進入細胞，並克服細菌對抗生素的內在或後天抗藥性。” Santos在萊斯大學學習了兩年，現在繼續在西班牙帕爾馬的巴利阿里群島健康研究所學習。
該實驗室正在努力實現更好的細菌定位，以盡量減少對哺乳動物細胞的損害，方法是將細菌特異性肽標籤與鑽頭連接起來，將其引向感興趣的病原體。 Santos說：“但即使不這樣做，肽也可以應用於細菌集中的部位，如燒傷的傷口區域。”