文章题目：C2-Linked Arabinose-Functionalized Polystyrene Microbeads Selectively Target Staphylococcus aureus

发表期刊：JACS Au 

影响因子：8.5

通讯单位：布里斯托大学化学学院

        随着抗生素耐药性的加剧，开发快速、高效的病原菌检测和治疗工具已成为医学领域的紧迫任务。近期布里斯托大学化学学院M. Carmen Galan教授课题组11月8日在《JACS Au》杂志上发表了关于新型C2-位连接的D-阿拉伯糖（人体中不存在D-阿拉伯糖）功能化聚苯乙烯微球（以下简称C2-Araf微球）的研究文章，证实了该类探针可在常见细菌病原体中实现对金黄色葡萄球菌的选择性凝集并可以破坏细菌生物膜，展示了该探针潜在的临床应用价值。

TOC.阿拉伯官能化聚苯乙烯微球使金黄色葡萄球菌凝集

        细菌通过凝集素与细胞表面特定聚糖的识别和相互作用实现粘附、定植和感染宿主细胞和组织，这种相互作用大多数情况都是多价的，因此在设计糖探针检测凝集素的时候，往往需要设计成多价的聚糖探针。研究者选择一种在人类系统中不存在但在特定病原体中具有重要功能的糖分子——D-阿拉伯糖（以下简称D-Araf）。研究者首先合成了D-Araf的衍生物库1-12，同时增加了甘露糖（苷）13和葡萄糖（苷）14作为对照（图1）

图1. 制备的寡糖(苷)库

        研究团队之后将合成的寡糖与炔烃官能化的聚苯乙烯微球通过CuAAC进行偶联，通过使用超过量的底物和催化剂，确保了微球探针表面的完全功能化。同时，聚苯乙烯微球还被接枝了叠氮-PEG-醇linker 24作为空白对照（图2）。

图2. 聚苯乙烯微球的糖基化偶联策略

        接下来，研究者研究了所得功能化微球凝集金黄色葡萄球菌Newman菌株的能力。在将微球探针与细菌悬浮液孵育后，在明场显微镜下可清晰观察到C2-Araf微球MB-5凝集了菌体，而C1修饰的Araf微球MB-10不能有效凝集细菌。

图3. MB-5 （阳性）和 MB-10（阴性） 孵育后金黄色葡萄球菌Newman菌株

        进一步通过计算机聚类分析量化微球的细菌凝集水平（图4），发现C2位连接的阿拉伯糖微球MB-5和MB-7的凝集水平最高，且MB-5在10⁸ CFU/mL低浓度下仍表现良好凝集能力（图5A），这可能与其糖基具备游离的半缩醛结构，处于呋喃和吡喃糖构象的动态平衡有关。异头位取代的MB-10、MB-11、MB-11其糖基菌处于呋喃糖构象，导致其凝集能力较低；甘露糖基化微球MB-13、葡萄糖基化微球MB-14和聚乙二醇官能化微球MB-24均不表现凝集能力，这些都证明了C-2连接Araf残基对微球探针凝集能力来说是必须的。

图4.微球探针凝集细菌能力的量化（金黄色葡萄球菌10⁹ CFU/mL浓度下）

        研究者进一步探索了C2连接的阿拉伯糖探针MB-5对细菌的选择性，筛选了包括革兰氏阳性菌M. smegmatis mc (2)155、革兰氏阴性菌E. coli BW25113、铜绿假单胞菌P. aeruginosa PA01和肺炎克雷伯K. pneumoniae NCTC 5055，结果显示微球探针对这些菌均不表现凝集（图5B），表明探针对金黄色葡萄球菌有选择性，可推测C2-Araf微球可通过阻断细菌与宿主细胞的初始结合，可减少感染的发生。

图5 （A）MB-5和MB-7在10⁸和10⁹CFU/mL金黄色葡萄球菌浓度下的凝集能力；（B）在10⁹ CFU/mL浓度下MB-5对六种细菌的凝集能力

        细菌生物膜在宿主细胞表面上富集，形成一层机械屏障，同时其膜上的各种酶会干扰药物的吸收，这是细菌持续性和慢性感染的主要原因，并且由于生物膜很难根除，导致更容易出现耐药性^[1]。多价糖基配体可拦截和干扰细菌识别宿主表面的聚糖，抑制生物膜的形成和扩散^[2]。因此研究者进一步评估C2-Araf探针破坏金黄色葡萄球菌S. aureus SH1000 生物膜的能力。实验结果显示，MB-5可减少41%的生物膜累积，同时在游离糖的对照实验中并未显示任何对生物膜的破坏作用（图6），证实了糖基化探针是通过多价作用抑制生物膜，展现了C2-Araf微球潜在的抗生物膜应用价值。

图6. 金黄色葡萄球菌S. aureus SH1000 生物膜破坏测定

        综上所述，研究者通过筛选糖基化聚苯乙烯微球探针，发现C-2连接D-阿拉伯糖修饰的微球可以高选择性结合金黄色葡萄球菌，通过提前凝集耐药菌，阻断细菌与宿主细胞的识别和粘附，减少感染，同时还可通过多价作用进一步破坏细菌生物膜，降低耐药菌的致病性。C2-Araf微球的成功开发为糖化学在病原体检测与干预中的应用提供了新的视角。未来，通过优化探针结构及探索更多特异性糖分子，类似技术有望广泛应用于多种病原菌的诊断与治疗。

        参考文献 

        (1) Li, B.; Mao, J.; Wu, J.; Mao, K.; Jia, Y.; Chen, F.; Liu, J. Nano–Bio Interactions: Biofilm-Targeted Antibacterial Nanomaterials. Small2024, 20(7), 2306135. https://doi.org/10.1002/smll.202306135.

        (2) Johansson, E. M. V.; Crusz, S. A.; Kolomiets, E.; Buts, L.; Kadam, R. U.; Cacciarini, M.; Bartels, K.-M.; Diggle, S. P.; Cámara, M.; Williams, P.; Loris, R.; Nativi, C.; Rosenau, F.; Jaeger, K.-E.; Darbre, T.; Reymond, J.-L. Inhibition and Dispersion of Pseudomonas Aeruginosa Biofilms by Glycopeptide Dendrimers Targeting the Fucose-Specific Lectin LecB. Chemistry & Biology 2008, 15(12), 1249–1257. https://doi.org/10.1016/j.chembiol.2008.10.009.

        原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202414424

作者：王礼浩

审核：李全才、邵萌

编辑：郭青云

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