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Nature子刊:纳米银粒子(抗菌剂)会不会导致细菌耐药?

抗菌剂用于杀死或减缓细菌、病毒和其他微生物的生长。它们可以是抗生素的形式,用于治疗身体感染,也可以是商业产品的添加剂或涂层,用于抑制细菌。这些救生工具对于预防和治疗人类、动物和植物的感染至关重要,但当微生物对它们产生耐药性时,它们也会对公共卫生构成全球威胁,这一概念称为抗菌素耐药性。

抗菌素耐药性的主要驱动因素之一是滥用和过度使用抗菌素,其中包括银纳米颗粒,一种具有充分证明的抗菌素特性的先进材料。它被越来越多地用于商业产品中,以增强杀菌性能而自豪——它被织入纺织品,涂在牙刷上,甚至作为防腐剂掺入化妆品中。

匹兹堡大学斯旺森工程学院(University of Pittsburgh Swanson School of Engineering)的Gilbertson组利用实验室中的大肠杆菌菌株来更好地了解细菌对银纳米颗粒的耐药性,并试图解决这种材料可能被滥用的问题。该团队最近在《自然-纳米技术》(Nature Nanotechnology)上发表了他们的研究结果。

“细菌对银纳米颗粒的耐药性还在研究中,所以我们的团队研究了这一事件背后的机制,”该论文的第一作者、博士研究生Lisa Stabryla说。“这是一项很有希望的创新,可以增加我们抗菌素的武库,但我们需要有意识地研究它,或许还需要规范它的使用,以避免疗效下降,就像我们看到的一些常见抗生素那样。”

Stabryla连续20天将大肠杆菌暴露在银纳米颗粒中,并监测细菌的生长情况。纳米颗粒大约比细菌小50倍。

Stabryla说:“一开始,细菌只能在低浓度的银纳米颗粒中存活,但随着实验的继续,我们发现它们可以在更高的剂量下存活。有趣的是,我们发现细菌对银纳米颗粒产生了耐药性,而且并不仅仅是它们释放的银离子。”

研究小组对接触过银纳米颗粒的大肠杆菌进行了基因组测序,发现其基因发生了突变,该突变对应于将重金属离子排出细胞的外排泵。

她补充说:“有可能某种形式的银进入了细胞,当它到达时,细胞发生变异,迅速将其排出。还需要更多的工作来确定研究人员是否可以通过颗粒设计克服这种阻力机制。”

研究小组随后研究了两种不同类型的大肠杆菌:一种是超运动菌株,它在环境中游动的速度比正常运动的细菌快;另一种是不运动菌株,它没有移动的物理手段。他们发现,只有高度运动的菌株产生了耐药性。

Stabryla说:“这一发现可能表明,银纳米颗粒可能是针对特定类型细菌的一个很好的选择,特别是非运动型菌株。”

最终,细菌仍将找到一种进化和逃避抗菌素的方法。人们希望,对导致这种进化的机制的理解和谨慎使用新的抗菌素将减轻抗菌素耐药性的影响。

助理教授Leanne Gilbertson表示:“我们是第一个研究细菌运动对银纳米颗粒耐药性能力的影响的。观察到的差异非常有趣,值得进一步研究来理解它,以及如何将基因反应——外排泵调节——与细菌在系统中移动的能力联系起来。”

“这一结果很有希望能够调整粒子属性,以获得所需的响应,比如在保持高效的同时避免耐药性。”


原文标题:Role of bacterial motility in differential resistance mechanisms of silver nanoparticles and silver ions


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