用于铜绿假单胞菌识别拓扑生物高分子的构建及其与蛋白质相互作用机制的研究

多重耐药细菌引起的感染对人类健康造成了严重的威胁，如何控制细菌耐药性和减少细菌感染是我们不得不面对的重大挑战。依据细菌入侵机制，本项目通过聚合物的分子设计、可控活性聚合等先进设计理念和方法，拟合成一系列结构可控的含多价糖基聚醚生物高分子材料，使其具有抗菌粘附性；通过引入有效剂量的特异性糖基识别分子，系统研究载体结构因素对细菌抗粘附性能的影响；通过研究材料与细菌粘附蛋白之间的相互作用机制，探寻抗细菌粘附材料设计的基本规律。以铜绿假单胞菌为研究对象，建立动物试验模型，研究体内外识别效果。从分子、细胞和整体层次水平上系统揭示抗菌粘附的机理。试图为控制细菌耐药性提供有益信息，以期获得具有自主知识产权的一类新型抗粘附剂，从材料的角度为细菌感染疾病的早期诊断、预警和有效治疗提供新途径和新方法。

近年来，由于人们对抗生素的过分依赖和滥用，加剧了细菌耐药性的产生，感染率和死亡率逐步升高。面对临床上出现的“超级细菌”，抗生素的研发进度显然滞后于微生物的进化速度。如何控制细菌耐药性和减少细菌感染是我们不得不面临的重大挑战。多数致病菌是通过其表面粘附蛋白识别靶细胞表面的糖受体造成宿主感染。细菌粘附功能是引发感染的首要条件，而对细菌具有特异识别功能的糖分子可有助于抑制细菌粘附，减少宿主感染。这种通过阻断细菌与宿主受体细胞间的粘附预防细菌感染的治疗方法，不会导致耐药性的产生。基于此，本项目通过聚合物的分子设计、可控活性聚合（运用ATRP、RAFT和自由基聚合）等先进设计理念和方法，拟合成一系列结构可控的含多价糖基聚醚生物高分子材料，如聚丙烯酰胺基半乳糖、聚丙烯酰胺基岩藻糖、3臂-聚(乙二醇-co-丙烯酰胺基半乳糖)、4臂-聚(乙二醇-co-丙烯酰胺基半乳糖)、8臂-聚(乙二醇-co-丙烯酰胺基半乳糖)、3臂-聚(羧基甜菜碱丙烯酰胺-co-丙烯酰胺基半乳糖)、4臂-聚(羧基甜菜碱丙烯酰胺-co-丙烯酰胺基半乳糖)、8臂-聚(羧基甜菜碱丙烯酰胺-co-丙烯酰胺基半乳糖)，聚(甲基丙烯酸-2-二甲基氨基乙酯-co-丙烯酰胺基半乳糖)等。这些材料对铜绿假单胞菌的PA-IL具有良好的结合能力，其结合常数高达2.47×106/M，且结合力与糖基的数目和聚合物拓扑结构有关。通过细胞毒性和溶血实验，发现该类材料具有良好生物相容性；结晶紫染色实验发现该类材料不仅能够抑制细菌生物膜形成，而且还能有效解离细菌生物膜，分散程度高达63%，超过文献报道53%。在上述抗菌粘附性分子引入有效剂量的光敏剂BODIPY-2I或阳离子聚合物或AgNP后，这些材料能有效杀死革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌。通过30次传代后，且不诱导细菌耐药性产生。动物实验表明，这些材料能有效促进细菌感染伤口的愈合，通过免疫组化试验证实这些材料对粘膜组织没有刺激，不会诱导组织炎症的发生。从材料的角度，该类材料为控制细菌耐药性提供有益信息，为细菌感染疾病的早期诊断、预警和有效治疗提供新途径和新方法。