普林斯頓大學(xué)的研究人員已經(jīng)開發(fā)出一種方法，可以將與細(xì)菌化學(xué)“交流”的特殊涂層置于表面，告訴他們該做什么?？筛鶕?jù)需要用于抑制或促進(jìn)細(xì)菌生長的包衣具有對細(xì)菌的這種控制能力，因?yàn)閷?shí)際上它們“說”了蟲子自己的語言。

5月22日在“自然微生物學(xué)”雜志上報(bào)道的這項(xiàng)新技術(shù)包含了與微生物自然釋放的相同類型的生物分子，用于溝通和協(xié)調(diào)群體行為 - 這一過程稱為群體感應(yīng)。

研究人員表示，劫持這種細(xì)菌語言的群體感應(yīng)可以開啟一系列應(yīng)用。醫(yī)院的涂層表面可以對抗形成類似堡壘的細(xì)菌群落，稱為生物膜，從而使細(xì)菌容易受到人體抗生素或醫(yī)院表面或設(shè)備上的消毒清潔產(chǎn)品的影響。或者，如果細(xì)菌提供益處 - 如在廢水處理廠或益生菌生產(chǎn)中 - 那么涂覆工業(yè)設(shè)備的表面可以增強(qiáng)微生物的有益活動(dòng)。

“我們的研究提出了一種令人興奮的，現(xiàn)在看似合理的可能性，即用群體感應(yīng)調(diào)節(jié)分子修飾的表面可能具有抗感染或促生長特性，”共同主要作者M(jìn)inyoung Kevin Kim說，他是生物學(xué)教授實(shí)驗(yàn)室的研究生Bonnie Bassler和工程學(xué)教授霍華德斯通，都是該論文的高級作者。

“雖然我們還有很多研究要做，但正如我們在本研究中所做的那樣，確定我們可以連接到表面的群體感應(yīng)分子，可能是分散生物膜的理想策略，”Aishan Zhao，co說道。 - 該論文的作者和Tom Muir教授實(shí)驗(yàn)室的研究生，也是該論文的作者和Van Zandt Williams，Jr。班級教授和普林斯頓大學(xué)化學(xué)系主任。

Kim和Zhao在一種名為Staphylococcus aureus的細(xì)菌上進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。通常簡稱為葡萄球菌，它是醫(yī)院病房的禍害，它可以徘徊和感染病人，特別是那些接受植入醫(yī)療器械的病人。除了引起潛在的致命疾病如菌血癥(血液中毒)和中毒性休克綜合癥外，葡萄球菌通常對抗生素具有抗藥性，因此將其列入醫(yī)生迫切想要更好的抗擊方法的病原體列表中。

研究人員之前已經(jīng)證明，葡萄球菌中的群體感應(yīng)是由被稱為AIP的分子的分泌驅(qū)動(dòng)的。AIP分子與集落中相鄰葡萄球細(xì)胞膜上的受體結(jié)合。如果該菌落在其自我保護(hù)的生物膜狀態(tài)下被淹沒，則AIP積聚會(huì)觸發(fā)生物膜的分解，或者它首先會(huì)阻止生物膜的形成。如果允許自然群體感應(yīng)進(jìn)一步進(jìn)行，它會(huì)導(dǎo)致細(xì)菌進(jìn)入毒性狀態(tài)，在那里它們迅速繁殖并噴出使人生病的毒素。AIP的合成衍生物，稱為TrAIP-II，可以關(guān)閉毒力，甚至可以迫使細(xì)菌回到生物膜狀態(tài)。

為了試圖積極和消極地操縱葡萄球菌的群體感應(yīng)，普林斯頓大學(xué)的團(tuán)隊(duì)開始著手制作表面鑲嵌有AIP或TrAIP-II的表面，這些化學(xué)物質(zhì)是先前在Muir實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的化學(xué)物質(zhì)。然而，穩(wěn)固地附著分子是一項(xiàng)重大挑戰(zhàn)。在克服它的過程中，Kim和Zhao點(diǎn)燃了使用點(diǎn)擊化學(xué)的想法，這是他們幾年前在Muir教授的課堂上一起學(xué)習(xí)的技術(shù)。點(diǎn)擊化學(xué)有效地連接特定的小分子單元，構(gòu)建一個(gè)更大的整體。該技術(shù)成功地將群體感應(yīng)分子橋接到附著于表面的“連接”分子，包括玻璃，塑料和金屬。

研究人員追蹤表面附著的葡萄球菌表現(xiàn)出的群體感應(yīng)水平，熒光蛋白在群體感應(yīng)信號出現(xiàn)時(shí)發(fā)光。正如科學(xué)家所希望的那樣，在AIP涂層表面上增加了群體感應(yīng)，并使葡萄球菌停止產(chǎn)生生物膜。另一方面，TrAIP-II涂層表面抑制了群體感應(yīng)，反過來又阻止了葡萄球菌產(chǎn)生毒素。

研究人員進(jìn)一步對細(xì)菌控制涂層進(jìn)行了實(shí)際環(huán)境中會(huì)遇到的各種應(yīng)力。涂層仍在人體血漿存在下起作用，這將由植入的醫(yī)療裝置遇到。當(dāng)被流動(dòng)的水和氣泡沖洗時(shí)，就像襯在工業(yè)管道上一樣，生物分子仍然附著并且起作用。表面上的化學(xué)涂層也證明是持久的，在儲(chǔ)存超過五周后，它們的反或群體感應(yīng)反應(yīng)強(qiáng)度沒有降低。

總體而言，選擇性地增加或夯實(shí)細(xì)菌喋喋不休作為管理微生物的手段的前景已經(jīng)更接近實(shí)際操作。

“人們現(xiàn)在可以想象用這些或其他群體感應(yīng)分子或衍生物涂覆的表面用于醫(yī)藥，工業(yè)或農(nóng)業(yè)，這些表面可以抵抗有害細(xì)菌的定植，或促進(jìn)有益細(xì)菌的定植，”Squibb教授兼主席Bassler說。分子生物學(xué)系，以及霍華德休斯醫(yī)學(xué)研究所研究員。

“我們相信這種以表面為中心的方法可能會(huì)產(chǎn)生影響，”Stone，Donald R. Dixon '69和Elizabeth W. Dixon教授以及機(jī)械和航空航天工程系主任說。“我們希望繼續(xù)研究并與潛在合作伙伴合作，這些合作伙伴可能會(huì)從普林斯頓大學(xué)開發(fā)的方法中獲益。”