碳纳米管对肠道微生物具有广谱抗菌作用

在人体肠道系统中共生着数量庞大、结构复杂且功能多样的微生物群落,包括益生菌和致病菌,其数量是人体细胞总数的10多倍。这个微生物系统与人体健康关系极为密切,参与着宿主的食物摄取、能量代谢、免疫调控等,被喻为人体重要的“微生物器官”。随着纳米技术的发展,越来越多的纳米技术应用于生物医学、食品工业以及环境领域,研究纳米材料对肠道微生物的作用是了解纳米材料的生物安全性的重要内容,并有助于设计和合成安全有效的用于肠道给药的纳米载体。

最近,中国科学院高能物理研究所纳米生物效应科学院重点实验室丰伟悦研究员和赵宇亮研究员研究了多种碳纳米管与典型的肠道微生物(嗜酸乳杆菌、青春双歧杆菌、大肠杆菌、粪肠球菌和金黄葡萄球菌)的相互作用。研究发现碳纳米管可以广泛地抑制肠道微生物的生长,降低其存活率。碳管的抑菌作用的主要通过裂解和破坏细菌细胞壁的完整性来实现,其作用的强度和方式不仅与碳管的直径和长度相关,与微生物本身的形貌亦有关。该课题组首次发现碳管的抑菌作用随着肠道微生物的长径比的增加而降低。短的单壁碳纳米管主要通过穿刺作用于微生物外壁,引起微生物细胞壁和细胞膜结构的破坏、细胞内容物的释放,从而引起微生物的死亡;长的多壁碳管主要通过缠绕在细菌表面,增大与微生物表面的相互作用而引起微生物表面结构的崩解。

上述研究表明,碳纳米管对于肠道微生物具有广谱抗菌活性。碳纳米管作为潜在的肠道微生物相关疾病的药物载体和试剂,在对抗肠道微生物,特别是人体耐药性微生物相关疾病中将具有潜在的生物医学应用前景。

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