本技术涉及一种DNA-银纳米团簇在抗菌技术领域的应用,特别是针对沙门氏菌的防治。通过使用具有发夹结构的DNA作为模板,与硝酸银反应生成DNA-银纳米团簇。该技术能够有效抑制沙门氏菌的生长,为食品安全和公共卫生提供新的解决方案。
背景技术
沙门氏菌是一类革兰氏阴性菌,是全球食源性疾病的主要原因。通常寄生在人体及动物的肠道之内。其感染可引发多种疾病,如急性胃肠炎、伤寒或副伤寒等,症状包括恶心、呕吐、腹泻、发热、腹痛等,严重时甚至可能导致肠坏死、溃疡、出血、穿孔等危害。此外,沙门氏菌还可能对中枢神经系统造成损害,引发痉挛、寒战、惊厥、抽搐,甚至昏迷等症状。因此,开发有效的抗沙门氏菌技术对于保障人类健康具有重要意义。
目前,抗沙门氏菌的方法主要有化学方法、生物方法,例如消毒剂、抗生素、益生菌以及一些新的纳米技术:Ebani等从柠檬马鞭草、肉桂、柠檬草、山苍子、薄荷和丁香等植物中提取精油,并针对沙门氏菌展开体外抗菌活性评估,发现肉桂精油和丁香精油的混合物对沙门氏菌具有较好的抑制作用,但精油抑菌存在抗菌谱有限、浓度要求高和稳定性较差等问题(In Vitro Antimicrobial Activity of Essential Oils against Salmonellaenterica Serotypes Enteritidis and Typhimurium Strains Isolated fromPoultry.Molecules 24(5):900.);Forkus等改造了益生菌大肠杆菌Nissle,以表达和分泌抗菌肽Microcin J25,通过体外实验和300只火鸡的动物模型验证了该技术可帮助鸟类清除沙门氏菌,但益生菌抗菌存在菌种稳定性差、在消化道难定植、耐药基因转移给致病菌等问题(Antimicrobial Probiotics Reduce Salmonella enterica in TurkeyGastrointestinal Tracts.Sci Rep-Uk 7(1).);Lu等采用沙门氏菌噬菌体ST-3与抗生素联合抑制鼠伤寒沙门氏菌,发现噬菌体ST-3与0.5μg/mL盐酸左氧氟沙星结合导致生物膜生物量的最大减少为54%,但抗生素抑菌存在产生耐药性、引发不良反应等问题(TheCombination of Salmonella Phage ST-3and Antibiotics to Prevent SalmonellaTyphimuriumin Vitro.Curr Microbiol 79(12).)。
近年来,银纳米团簇(AgNCs)因其独特的光学、电子和催化性能而成为一种有前途的纳米材料。这些特征源于AgNCs所表现出的量子约束效应,这归因于它们的小尺寸-通常只有几个到几十个原子。AgNCs的局部表面等离子体共振(LSPR)促进了强大的光吸收和散射能力,使其在传感、成像和光热治疗方面的应用具有很高的吸引力。此外,AgNCs表现出优异的稳定性和低毒性,这是其在生物系统中利用的关键因素。AgNCs的合成可以通过各种方法精确控制——包括光化学、电化学和化学还原技术——允许对其尺寸、形状和光学性质进行微调。此外,AgNCs的表面功能可以很容易地使用配体或封盖剂进行修饰,这不仅可以稳定簇,还可以为目标应用提供特定的功能。
AgNCs与DNA的整合导致了DNA模板银纳米团簇(DNA-AgNCs)的发展,它利用了DNA的可编程性和AgNCs固有的发光特性。DNA-AgNCs的合成涉及利用DNA链作为模板,其中核碱基-特别是胞嘧啶-与银离子相互作用以指导AgNCs的形成。该方法得到的AgNCs具有明确的尺寸和发射特性,可以通过修改DNA序列进一步优化。DNA-AgNCs具有抗菌特性,其抗菌活性主要涉及到银离子与细菌细胞壁的相互作用,导致膜破坏和随后的细胞死亡。有研究发现DNA-银纳米团簇的抗菌活性取决于所用寡核苷酸的序列(Antibacterial Activity ofDNA-Stabilized Silver Nanoclusters Tuned by Oligonucleotide Sequence.ACS ApplMater Interfaces.2016Apr 27;8(16):10147-54.)。
有现有技术通过调控DNA序列和反应条件,合成具有不同荧光性质的DNA-银纳米团簇,用于沙门氏菌等病原体的检测和成像。公开号为CN114705854A的专利文件中公开了一种检测沙门氏菌的适体生物传感器,包括由SMBscDNA2复合物、适配体Apt2和AuNPs-cDNA3探针建立的夹心结构SMBs-Apt2-AuNPs和被用作荧光信号的以DNA为模板合成的银纳米团簇DNA-AgNCs,其中,DNA-银纳米团簇中的DNA序列为沙门氏菌适配体。基于DNA-银纳米团簇的生物传感器主要用于沙门氏菌的快速、准确检测,而并非作为抗菌剂用于沙门氏菌的抑制和杀灭。二者的应用场景和作用机制不同:生物传感器通过光学信号的变化实现对沙门氏菌的检测,而抗菌剂则通过银离子的释放和与细菌细胞膜的相互作用来抑制或杀灭细菌。
随着抗生素耐药性的日益严重,开发新型抗沙门氏菌物质及药物成为当务之急。制备一种不易产生耐药性、生物相容性好、抗菌效果优异的物质,可对于抗沙门氏菌药物的研发提供新的思路和方向。
实现思路