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胍基全功能化柱[5]芳烃的合成以及其消除细菌生物被膜的活性研究

受细菌生物被膜的保护,生物被膜中的细菌对传统抗生素具有强耐受性,因此由细菌生物被膜引起的慢性感染成为严重威胁人类健康的棘手问题。目前,大多数抗菌化合物(抗生素、抗菌肽和抗菌材料)是不能有效消除生物被膜的。构建新型具有渗透生物被膜和杀除生物被膜内细菌能力的生物被膜消除剂或相关分子策略是解决这一问题的关键步骤。近日,澳门大学王瑞兵教授课题组利用超分子主体大环柱[5]芳烃骨架的“预组织”特性和客体分子络合能力,结合胍基对细菌膜中的有机阴离子有较强的结合以及较好的细菌膜渗透的特性,设计和合成了集杀菌与渗透生物被膜于一体的胍基全功能化柱[5]芳烃(GP5)。同时,基于大环GP5与传统抗生素头孢唑林钠(CFZ)的主客体络合,构建了超分子协同抗生物被膜的策略。


GP5对金黄色葡萄糖球菌(S. aureus)和大肠杆菌(E. coli)都表现出较高杀菌能力。而同时,伯、季铵盐全功能化柱[5]芳(PAPA5、QAP5)以及GP5的构建单元(Gu)表现出极弱的杀菌能力。扫描电镜、激光共聚焦成像和荧光染色示踪细菌膜渗透性等实验表明GP5通过破坏菌膜杀菌。同时,胍基全功能化柱[5]芳烃能够渗透大肠杆菌形成的生物被膜,杀死包埋在生物被膜内的细菌,实现对生物被膜的消除。进一步的,胍基全功能化柱[5]芳烃也可以和传统抗生素头孢唑林钠(CFZ)形成主客体络合物,促使传统抗生素渗透生物被膜,协同消除生物被膜。

图1. 胍基全功能化柱[5]芳烃(GP5)的结构与杀菌机制示意图


图2. GP5与CFZ主客体络合物的超分子协同除生物被膜


文章的第一作者是澳门大学中华医药研究院濠江博士后郭书文博士,澳门大学王瑞兵教授课为该文章的通讯作者。南京大学化学化工学院王乐勇教授,澳门大学健康学院郑军教授和中华医药研究院王一涛教授对该工作中的分子合成和抗菌活性测试分别给予了重要指导。


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Synthesis and Bioactivity of Guanidinium-Functionalized Pillar[5]arene as a Biofilm Disruptor

Shuwen Guo, Qiaoxian Huang, Yuan Chen, Jianwei Wei, Jun Zheng, Leyong Wang, Yitao Wang, Ruibing Wang

Angew. Chem. Int. Ed., 2020, DOI: 10.1002/anie.202013975


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