阿莫西林咱们一点都不生疏，能将你迅速地从伤风引起的头疼脑热中解救出来，早些时候真是火的不可。但随着医学前进，人们发现阿莫西林及相似的抗生素不能随意吃，不恰当的运用会形成细菌的耐药性，将本来没那么费事的疾病变得扎手。
总有一些奸刁的细菌能躲过抗生素的炮轰，练就一身的多药耐性，称为臭名远扬的“超级细菌”。专家说：“到2050年，这些像噩梦相同的超级细菌每年或许会杀死1千万人，乃至超越癌症；更可怕的是，任何药都难以抵挡他们。”克雷伯氏肺炎菌（K. pneumoniae），肠杆菌科的一员，便是这样一种超级细菌。它能在短时间内对传统抗生素发生耐药性，因而，急需开发一种非常规抗生素有用对立这种病原体。
分子纳米机器（molecular nanomachines），也称分子钻头（molecular drills）就具有杀死丧命耐药细菌的才能。这种分子钻头是具有转子组分的组成纳米分子，在光激起下，转子可以定向旋转。这种旋转运动可以损坏组成的双层脂层及细胞膜。没有光激起时，分子钻头会分散到脂质层中，不表现出显着的毒性。
图1：分子钻头的化学结构
图2：365 nm光源激起分子钻头的表征
分子钻头的妙用
克雷伯氏肺炎菌（K. pneumoniae）有两个双脂层，外层双脂层可作为机械屏障阻挠抗生素的进入然后发生耐药性。已然抗生素进不去细菌内部或许只要少部分能进入细菌是耐药性的本源，那给细菌外表打孔，给抗生素打造“进菌”通道岂不是简略粗犷。
说来天方夜谭，但德州A&M健康科学中心的Jeffrey D. Cirillo教授和莱斯大学的James M. Tour、Richard S. Gunasekera教授真的做到了。他们发现光激起分子钻头（组成了三种，MNM1、MNM2、MNM3）的分子机械运动具有抗菌才能，而且与抗生素美洛培南结合运用，抗菌效果更甚。
让分子钻头作前锋，首要在细菌外表打孔，让抗生素得以穿过细菌的机械屏障从而杀死细菌，在低于临床运用的抗生素浓度下就可对超级细菌发生杀伤效果。细菌身手再大也不能抵挡分子钻头，由于这不是单纯的化学效应，而是一种机械行为。这种分子钻头和抗生素的联用为无效抗生素注入了新生命。
相关论文以：Molecular Nanomachines Disrupt Bacterial Cell Wall, Increasing Sensitivity of Extensively Drug-Resistant Klebsiella pneumoniae to Meropenem为题，宣布在《ACS Nano》杂志上。
分子钻头和抗生素联用的优异抗菌功能
只要在光激起下，分子钻头才会定向旋转发挥钻头的效果，因而在没有光激起时，即便浓度到达10 M，仍没有显着的细胞毒性。而单一的分子钻头MNM1在光激起下就能经过机械运动杀死14~17%的K. pneumoniae。
分子钻头还会损坏细菌的内层脂质层，形成机械危害，而且这种机械危害不会遭到细菌耐药性的影响。与抗生素联用后，在低抗生素浓度4 g/mL下，能杀死41.7%的K. pneumoniae，增加抗生素浓度至64 g/mL，致死率到达72%，远高于只运用单一抗生素（10%左右）。在进一步优化分子钻头和抗生素份额后，研讨人员可以杀死94%的肺炎病原体。
图3：光激起分子钻头对K. pneumoniae活性的影响
图4：光激起进程对分子钻头对K. pneumoniae细胞壁内层脂质膜通透性的影响
图5：光激起进程对分子钻头对K. pneumoniae细胞壁外层脂质膜通透性及完整性的影响
图6：光激起分子钻头和抗生素对K. pneumoniae存活率的影响
图7：经过TEM调查经过分子钻头和抗生素医治的K. pneumoniae的细胞壁损坏和改动状况
是药三分毒，最好只毒体内的病菌，不要毒害正常细胞。所以作者进一步研讨了分子钻头对巨噬细胞（哺乳动物免疫细胞的一种）的杀伤效果，发现，在没有光激起状况下，即便浓度是医治K. pneumoniae 时运用的十倍，分子钻头对巨噬细胞也没有显着的杀伤效果，可是光激起后，细胞毒性略有上升，或许跟365 nm光源自身就能损坏细胞有关。
图8：分子钻头对巨噬细胞的毒性
作者也指出该作业的一些缺少：首要分子钻头与K. pneumoniae没有特异性相互效果，或许下降灭菌效果；其次作者只是在细胞层面进行了分子钻头对细菌的杀伤效果，并没有进行体内试验验证；第三，在光激起下，由于缺少特异性，分子钻头也有必定的概率会对周围的正常细胞发生毒副效果，而且365 nm光自身会对正常细胞形成不可逆危害，因而，作者正致力于研讨激起波长更长、更安全的分子钻头。
这篇论文是本周Tour试验室宣布的两篇微纳米机器前进疾病医治才能的论文之一。另一篇宣布于ACS Applied Materials Interfaces杂志，研讨人员瞄准并医治胰脏癌细胞的试验室样本，运用的是对可见光而不是从前运用的紫外光呼应的纳米机器。这是另一个巨大的前进，由于可见光不会对周围的细胞形成那么大的危害。
论文链接：
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.9b07836
谈论链接：
https:///releases/2019/12/191212142721.htm
本文来历：高分子科学前沿
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