一种双机制发光抗生素用于细菌感染的识别与消除：对抗耐药菌的新希望

《SCIENCE ADVANCES》：A dual-mechanism luminescent antibiotic for bacterial infection identification and eradication

为解决抗生素耐药性及细菌感染精准识别难题，研究人员开展 TPA2PyBu 相关研究。结果显示，TPA2PyBu 能杀革兰氏阳性和阴性菌，具双抗菌机制且耐药率低，还可区分细菌感染与炎症、癌症。这为治疗细菌感染提供新方向。

　　在当今医学领域，细菌感染始终是威胁人类健康的一大难题，尤其是抗生素耐药菌的快速出现，更是让情况雪上加霜。想象一下，曾经那些能轻松战胜细菌的抗生素，如今面对耐药菌却渐渐失去了效力，这不仅使得治疗细菌感染变得愈发困难，还可能导致每年因耐药菌感染而死亡的人数不断攀升，据估计，到 2050 年，若不及时采取行动，这个数字将高达 1000 万。与此同时，新抗生素的发现速度越来越慢，研发管道也几近枯竭，现有的抗菌药物研发大多只是对传统抗生素的改良，难以从根本上解决耐药性问题。而且，在治疗细菌感染时，准确识别和定位感染部位也困难重重，细菌感染的症状常常与炎症、癌症等疾病相互重叠，这就容易导致抗生素的不合理使用，进一步加速耐药性的产生。在这样的困境下，研发新型抗菌药物并实现细菌感染的精准识别迫在眉睫。

为了攻克这些难题，厦门大学的研究人员展开了深入研究，他们设计并合成了一种名为 TPA2PyBu 的化合物。研究发现，TPA2PyBu 能够有效杀死革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌，包括耐药的大肠杆菌（MDR E. coli）和耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（MRSA USA300），而且耐药频率极低。这一研究成果发表在《SCIENCE ADVANCES》上，为治疗细菌感染带来了新的希望。

在研究过程中，研究人员运用了多种关键技术方法。通过微生物培养技术，对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌等细菌进行培养，为后续实验提供样本。利用光谱分析技术，测定 TPA2PyBu 等化合物的吸收和荧光光谱，了解其光学性质。借助流式细胞术，检测细菌细胞膜电位和通透性，探究 TPA2PyBu 对细菌膜的影响。还采用 RNA 测序技术，分析细菌基因表达变化，深入研究其抗菌机制。

下面来详细看看研究结果：

• 分子设计、合成及光物理性质：研究人员精心设计并合成了一系列分子，包括 TPA2PyCHO、TPA2PyMe、TPA2PyEt、TPA2PyBu 和 TPA2PyHex。这些化合物在水中有相似的吸收和发射光谱，具有聚集诱导发光（AIE）特性，与循环肿瘤 DNA（ctDNA）结合后荧光显著增强，而与二油酰磷脂酰胆碱（DOPC）结合时荧光增强较弱，其中 TPA2PyBu 表现最佳。
• 抗菌活性：通过测定最低抑菌浓度（MIC）发现，TPA2PyBu 和 TPA2PyHex 对多种革兰氏阳性菌和阴性菌有显著抑制作用，而 TPA2PyCHO、TPA2PyMe 和 TPA2PyEt 对大肠杆菌抑制效果较差。细胞摄取实验表明，TPA2PyBu 和 TPA2PyHex 更易被细菌摄取，且 TPA2PyBu 的摄取量更高。时间和浓度依赖性杀伤实验显示，TPA2PyBu 的作用机制是杀菌。此外，TPA2PyBu 对哺乳动物细胞的毒性较低，具有良好的选择性。
• 抗菌机制：细菌细胞学分析表明，TPA2PyBu 能诱导细菌 DNA 聚集。流式细胞术显示，TPA2PyBu 会破坏细菌细胞膜电位和通透性。转录组研究发现，TPA2PyBu 处理后，细菌的代谢过程、细胞膜结构和功能、DNA 结合和损伤修复等相关基因表达发生变化，KEGG 和 GO 富集分析表明其影响了细菌的代谢途径和磷酸转移酶系统（PTS）。而且，细菌对 TPA2PyBu 产生耐药性的频率极低。
• 体内细菌成像和抗菌活性：在小鼠实验中，TPA2PyBu 能在体内有效成像细菌感染部位，且对感染部位的荧光信号有明显增强。同时，它能特异性区分细菌感染与炎症、癌症。在治疗小鼠皮下感染时，TPA2PyBu 和环丙沙星一样，能显著降低细菌载量，且对主要器官无明显毒性。

综合研究结论和讨论部分，TPA2PyBu 具有独特的双杀菌机制，一方面破坏细菌细胞膜完整性，另一方面诱导 DNA 聚集，这使得细菌难以通过单步突变产生耐药性。其在细菌感染的诊断和治疗方面展现出巨大潜力，不仅能够精准识别细菌感染，还能有效清除感染细菌。不过，目前 TPA2PyBu 对革兰氏阴性菌的活性相对较弱，未来需要进一步优化其结构，提高对革兰氏阴性菌的抗菌效果。同时，还需深入研究其在体内的稳定性、药代动力学和药效学等方面的特性，为临床应用提供更坚实的基础。总体而言，TPA2PyBu 为抗菌药物研发和细菌感染治疗开辟了新的道路，有望成为对抗耐药菌感染的有力武器。