澳大利亚皇家理工大学的科学家们创造了一种具有抗菌特性的纳米酶，具有巨大的应用潜力。Angharad Baldwin采访了首席研究员Vipul Bansal教授，以了解更多信息
Vipul Bansal教授，皇家墨尔本理工大学
墨尔本皇家理工大学(RMIT)的研究人员研制出了一种新的人工酶。在5年多前开始的一个项目中，研究人员最初试图通过双分子工程方法对天然酶进行修饰来提高它们的性能。该小组希望使酶更强大，以便它们在自然环境中保持较长时间的活性，同时面对温度、湿度变化和通常会迅速降解天然酶的环境污染物。
该项目的首席研究员Vipul Bansal教授解释说:“我们在提高天然酶的稳定性方面继续失败，这促使我们打破常规，想知道我们是否可以将天然酶类活性嵌入纳米颗粒中。”
研究人员知道，某些纳米颗粒可以作为许多化学反应的良好催化剂，而天然酶是生物催化剂。因此，他们提出了一个问题:纳米颗粒会表现出类似酶的生物活性吗?
“我们发现，在某些条件下，我们能够迫使纳米颗粒充当生物酶，而不使用任何生物或有机成分，因此‘纳米酶’诞生了，”Bansal说。
不同的纳米酶表现出不同类型的酶模仿活性，包括过氧化物酶、氧化酶、过氧化氢酶和超氧化物歧化酶。纳米酶模仿的酶活性不同，作用模式也不同。
RMIT研究小组开发的抗微生物纳米酶显示出非常高的过氧化物酶样活性。这种活动会产生对细菌有害的羟基自由基。最重要的观察结果是，只要用白光照射纳米酶，过氧化物酶的活性就能显著增强，从而增加它们的抗菌活性。天然酶通常不能与外部刺激(如光)相互作用，从而提高抗菌活性。
人工酶结合光和水分引起生化反应，产生羟基自由基;它们有能力通过在细胞上形成小孔并有效杀死细菌来摧毁细菌。
3D渲染图显示了死亡的细菌以及它们被纳米酶吃掉的地方。图片:Chaitali Dekiwadia博士/ RMIT显微镜和微量分析设施
“纳米酶的发现有很多潜在的应用，”Bansal说。“纳米颗粒中的酶类活性可以提供一系列无机材料，这些材料的行为方式与生物酶类似。额外的优势是纳米酶在pH值和极端温度下高度稳定，并且至少在理论上可以无限次使用。这意味着所有酶促过程都可能被纳米酶取代。”
这项研究揭示了纳米酶在抗菌应用中的广泛可能性。Bansal评论道:“我们能在油漆和涂料中使用这些材料来开发自清洁和无细菌的表面吗?”
“某些纳米酶可以捕获有害的氧化自由基;我们是否可以将纳米酶作为可重复使用的药物，放置在特定的器官中，如肺，并使其自我清洁，防止烟雾引起的氧化损伤?可能性是巨大的，这只是这个新领域的开始。”
这样的研究为控制生物活性提供了一种全新的方法，未来的应用前景广阔。如果可以使用纳米酶控制医院和公共环境中感染的传播，这可能是应对日益严重的抗菌素耐药性威胁的可行解决方案。
然而，纳米酶有一个缺点。虽然天然酶反应对特定底物具有高度选择性，但纳米酶活性更广泛，不那么依赖底物。例如，葡萄糖氧化酶可以消化葡萄糖，但不能消化果糖或乳糖。相比之下，具有类似氧化酶活性的纳米酶不会区分葡萄糖、果糖和乳糖，而且会氧化任何糖，甚至可能氧化胆固醇。
班萨尔解释说:“在某些情况下，这种广泛的活动可能是不利的，而在其他情况下，它可能非常有利。”
虽然纳米酶目前使用来自手电筒或类似光源的可见光，但在未来，它们可能会被阳光激活。研究人员已经证明了这种纳米酶在实验室环境下是有效的。该团队目前正在评估其在消费产品方面的长期表现。目前，该小组正在与两家对抗菌油漆和涂料技术感兴趣的公司进行讨论，研究人员非常希望这项技术能被多个行业采用。
“我相信我们现在已经找到了至少在某种程度上嵌入底物特异性的方法，但我们还需要更多的证据和进一步的研究，”Bansal总结道。
这项研究发表在《华尔街日报》上ACS应用纳米材料．