幾個世紀(jì)以來，銀一直被用作殺滅有害細(xì)菌的抗菌劑。古代文明將金屬應(yīng)用于開放性傷口。船長將銀幣扔進(jìn)儲存桶，以保持飲用水新鮮。 在今天的醫(yī)院中，銀被用于繃帶治療燒傷患者，消滅導(dǎo)管上的病原微生物，并對抗已經(jīng)對傳統(tǒng)抗生素藥物產(chǎn)生抗藥性的危險(xiǎn)“超級細(xì)菌”。

但銀的殺滅細(xì)菌的分子機(jī)制，以及這些微生物對銀的抵抗力如何發(fā)展尚不完全清楚?，F(xiàn)在，由卡爾加里大學(xué)科學(xué)系生物科學(xué)家領(lǐng)導(dǎo)的一項(xiàng)新研究有助于增強(qiáng)對銀的抗菌特性的理解。研究小組對4,000株細(xì)菌大腸桿菌(大腸桿菌)突變菌株的“文庫”進(jìn)行了化學(xué)遺傳篩選，其中每株菌中的一個獨(dú)特基因已被“敲除”或刪除。

該小組確定了所有這些菌株中的基因，這些基因在暴露于銀時顯示出抗性或敏感性，從而產(chǎn)生導(dǎo)致大腸桿菌中銀抗性或毒性的基因的第一個遺傳圖譜。“我們的研究首次評估允許在銀存在下生長的細(xì)胞中的遺傳反應(yīng)，從而提供抗性和毒性基因列表，并將其映射到生物過程，”Raymond Turner博士說。 ，博士，生物科學(xué)系生物化學(xué)教授。

研究確定了涉及銀毒性的新基因和分子機(jī)制

特納博士的博士生Natalie Gugala繪制了所有225種基因，這些基因?qū)ζ湎鄳?yīng)的生物途徑具有抗性或敏感性。這些細(xì)胞機(jī)制包括通過細(xì)胞壁運(yùn)輸金屬，產(chǎn)生能量，調(diào)節(jié)細(xì)胞和其他過程。

“我們已經(jīng)證明，有許多不同的基因可能會受到影響，并有幾種不同的途徑，”該團(tuán)隊(duì)科學(xué)論文的第一作者古加拉說。

“銀很可能以多種方式對細(xì)菌起作用，”生物科學(xué)系綜合細(xì)胞生物學(xué)副教授Gordon Chua博士說。“我們的研究確定了涉及銀毒性和抗性的新基因和分子機(jī)制。”

該團(tuán)隊(duì)的論文“使用化學(xué)遺傳屏幕來增強(qiáng)我們對銀的抗菌特性的理解”發(fā)表在Genes雜志上。

分子在我們健康中的重要作用

大腸桿菌只是許多可導(dǎo)致疾病和危及生命的感染的微生物之一。許多細(xì)菌和其他微生物對傳統(tǒng)抗生素的抵抗力越來越強(qiáng)。

該團(tuán)隊(duì)的研究非常適合科學(xué)學(xué)院的大挑戰(zhàn)。具體而言，“分子水平的個性化健康”優(yōu)先考慮旨在最小化抗生素抗性的研究，并了解分子在我們的健康中的作用。

特納說：“如果我們要繼續(xù)使用白銀并開發(fā)更多的銀基抗菌劑，我們需要了解白銀的工作原理。”

與抗生素一起：定制設(shè)計(jì)的金屬抗菌劑

在分子水平上確定銀和其他金屬(例如銅和鎵)如何能夠殺死細(xì)菌可以改善醫(yī)學(xué)療法。特納指出，一些研究表明，在傳統(tǒng)抗生素中加入一種不再起作用的金屬會使藥物再次有效。“我預(yù)見到我們會使用定制設(shè)計(jì)的金屬抗菌劑和抗生素。

“這種個性化的健康方法，使用像我們這樣的研究，可以確定一組標(biāo)記基因，可用于選擇特定的金屬抗菌療法，以對抗個體患者的細(xì)菌感染，”他補(bǔ)充說。

白銀作為細(xì)菌殺手的受歡迎程度已經(jīng)導(dǎo)致公司在運(yùn)行的襯衫，內(nèi)衣，襪子，鞋墊，食品切割板，牙刷以及其他一系列“抗菌”消費(fèi)品中嵌入微小的納米銀粒子。

但令人擔(dān)憂的是，這些不斷增長的非醫(yī)療應(yīng)用可能導(dǎo)致一些細(xì)菌菌株對銀和其他抗菌金屬產(chǎn)生抗性 - 正如一些細(xì)菌對傳統(tǒng)抗生素所做的那樣。“我們需要確保我們在適當(dāng)?shù)沫h(huán)境中使用這些金屬，”古加拉說。“如果我們知道它們是如何工作的，我們或許可以更好地防止它們被不當(dāng)使用。”

機(jī)器人幫助篩查細(xì)菌

該團(tuán)隊(duì)使用機(jī)器人進(jìn)行化學(xué)遺傳篩選，該機(jī)器人設(shè)計(jì)用于Chua實(shí)驗(yàn)室的高密度細(xì)菌菌落板的自動處理和處理。

研究人員隨后使用“菌落評分”軟件來測量每個細(xì)菌菌落的生長和大小差異。具有缺失基因的大腸桿菌菌株涉及對銀產(chǎn)生敏感性或毒性，產(chǎn)生較大的菌落。具有與抗性相關(guān)的基因的菌株生長較小的菌落。

與大多數(shù)先前的研究相比，該團(tuán)隊(duì)使用了一種新型的慢性非致命暴露方法，該方法將細(xì)菌暴露于急性致死劑量的銀中，僅用于確定毒性。

Kate Chatfield-Reed，當(dāng)時是Chua的博士生，幫助“標(biāo)準(zhǔn)化”或標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)，以確定與未處理的對照板相比，暴露于銀時顯示出生長率發(fā)生統(tǒng)計(jì)學(xué)顯著變化的菌株。