阳离子聚氨基酸的合成及抗菌性能

doi:10.7503/cjcu20240334

摘要/Abstract

摘要：

制备了一系列具有不同侧基结构的阳离子聚氨基酸(PALG _n )材料. 这种阳离子聚氨基酸在体外均显示出一定的抗菌活性. 其中, 疏水基团比例为10%, 疏水基团为正丁基结构的PALG₂₀-Bu₁表现出最佳的抗菌性能, 对金黄色葡萄球菌(S. aureus)和大肠杆菌(E. coli)的最小抑菌浓度(MIC)为12.5 μg/mL. 进一步的机理研究表明, PALG₂₀-Bu₁能够有效破坏细菌细胞膜的完整性, 导致细菌死亡. 由于这种独特的抗菌机制, PALG₂₀-Bu₁表现出快速的杀菌动力学. 本文工作为治疗临床细菌感染提供了一种新策略.

关键词: 细菌感染, 细菌耐药性, 聚氨基酸, 抗菌高分子

Abstract:

A series of cationic poly（α-amino acid）s（PALGn） materials with different side group structures was synthesized. The synthesized cationic poly（α-amino acid）s exhibited certain antibacterial activity in vitro. Among them， poly（γ-allyl-L-glutamate）₂₀-butyl₁（PALG₂₀-Bu₁） with the optimal ratio of cationic/hydrophobic group ratio showed the best antibacterial ability， with a minimum inhibitory concentration（MIC） of 12.5 μg/mL against Staphylococcus aureus（S. aureus） and Escherichia coli（E. coli.）. Further mechanistic studies indicated that PALG₂₀-Bu₁ could effectively disrupt the integrity of bacterial cell membranes， leading to bacterial death. Due to this unique antibacte-rial mechanism， PALG₂₀-Bu₁ exhibited rapid bactericidal kinetics. In summary， this work proposes a promising strategy for the treatment of clinical bacterial infections.

Key words: Bacterial infection, Bacterial resistance, Poly（α-amino acid）s, Antibacterial polymer

中图分类号:

O631.1

TrendMD:

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图/表 8

Table 1 Minimum inhibitory concentrations(MICs) and selectivity index of PALG n

Polymer	MICs/（μg·mL^-1） ^a		HC₁₀^b/（μg·mL^-1）	Selectivity index ofS. aureus^c	Selectivity index ofE. coli^c
Polymer	S. aureus	E. coli	HC₁₀^b/（μg·mL^-1）	Selectivity index ofS. aureus^c	Selectivity index ofE. coli^c
PALG₂₀⁃NH₂	12.5	12.5	>200	>16.0	>16.00
PALG₂₀⁃Bu₁	12.5	12.5	>400	>32.0	>32.00
PALG₂₀⁃Bu₂	25.0	50.0	25	1.0	0.50
PALG₂₀⁃Bu₃	100.0	50.0	50	0.5	1.00
PALG₂₀⁃Oct₁	50.0	25.0	25	0.5	1.00
PALG₂₀⁃Dod₁	100.0	100.0	25	0.25	0.25
PALG₂₀⁃Ph₁	25.0	50.0	50	2.0	1.00
PALG₂₀⁃Ph₂	50.0	50.0	50	1.0	1.00
PALG₂₀⁃Ph₃	200.0	200.0	100	0.5	0.50
PALG₃₅⁃NH₂	12.5	12.5	50	4.0	4.00
PALG₃₅⁃Bu₁	25.0	12.5	25	1.0	2.00
PALG₃₅⁃Bu₂	50.0	50.0	50	1.0	1.00
PALG₃₅⁃Bu₃	>200.0	200.0	50	0.25	0.25
PALG₃₅⁃Oct₁	100.0	25.0	100	1.0	4.00
PALG₃₅⁃Dod₁	200.0	100.0	100	0.5	1.00
PALG₃₅⁃Ph₁	25.0	25.0	50	2.0	2.00
PALG₃₅⁃Ph₂	200.0	200.0	50	0.25	0.25
PALG₃₅⁃Ph₃	200.0	100.0	100	0.5	1.00

Fig.1 Viability of L929 cells after incubation with different concentrations of PALG20(A) and PALG35(B) at 37 ℃ for 24 h

Fig.2 Zeta⁃potential change of S. aureus and E. coli upon PALG20⁃Bu1(A) and PALG20⁃NH2(B) treatment for 3 h

Fig.3 Cytoplasmic membrane depolarization of S. aureus(A, B) and E. coli(C, D) following treatment with PALG20⁃Bu1(A, C) and PALG20⁃NH2(B, D) at different concentrations and methicillin at 4 × MIC

Fig.4 Fluorescence images of S. aureus(A—C) and E. coli(D—F) treated with PBS(pH=7.4)(A, D), PALG20⁃Bu1(B, D) and PALG20⁃NH2(C, F) for 30 min

Fig.5 SEM images on S. aureus(A—C) and E. coli(D—F) with PBS(A, D), PALG20⁃Bu1(B, D) and PALG20⁃NH2(C, F)

Fig.6 Plots of the supernatants’ absorbance ratio at 260 nm in S. aureus(A) and E. coli(B) suspension following PALG20⁃Bu1 and PALG20⁃NH2 treatment for 3 h

Fig.7 Colony forming units(CFUs) of S. aureus(A, B) and E. coli(C, D) after incubation with PALG20⁃Bu1(A, C) and PALG20⁃NH2(B, D) at various concentrations(1×, 2× and 4×MIC) and incubation with methicillin or amoxicillin at 4×MIC(control)

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