利用土霉菌绿色合成CuO/ZnO异质结纳米复合材料及其对多药耐药大肠杆菌的抗菌和抗毒力活性

为什么顽固感染关系到我们每个人

许多曾经能通过短疗程抗生素治愈的常见感染，正变得更难治疗甚至无法治愈。一个主要罪魁祸首是多药耐药大肠杆菌，这种肠道细菌可导致痛苦的伤口、泌尿道和血流感染。本研究探讨了一种对抗此类超级细菌的非同寻常盟友：一种无害的土壤真菌，它能帮助构建微小的金属颗粒，这些颗粒不仅能杀死耐药大肠杆菌，还能削弱其致病能力。

像微型工厂一样工作的真菌

研究人员从农田土壤入手，寻找可作为天然纳米技术作坊的真菌。他们分离并鉴定出一株土霉菌（Aspergillus terreus），这是一种丝状真菌，已知能分泌包含酚酸和类黄酮等有机分子的混合物。通过先进的化学分析，他们确认真菌培养液中含有诸如没食子酸、阿魏酸和芹菜素等化合物。这些物质能提供电子并吸附在金属表面，使它们成为将溶解的金属盐转化为稳定纳米级颗粒的理想催化剂，无需使用强烈化学品或高能工业工艺。

构建针对细菌的双金属屏障

研究团队没有使用单一金属，而是将铜和锌结合形成CuO/ZnO纳米复合材料。具体做法是将真菌滤液与铜和锌的乙酸盐溶液混合。真菌分泌的天然分子与铜、锌离子结合、还原并引导两种金属氧化物形成极小的晶体。经加热除去残留有机物后，得到一种异质结纳米复合材料——互锁的氧化铜和氧化锌颗粒，直径约45纳米，比人体头发细数千倍。显微镜和光谱分析证实两种氧化物同时存在、形态良好且紧密连接，这种结构已知可增强高活性含氧活性物种的产生。

对抗真实世界的超级细菌

为测试这些绿色合成颗粒能否应对现实的医学威胁，科学家从伊拉克医院的伤口感染中分离出一株大肠杆菌，并证明其对所测所有抗生素均表现出耐药性。单独使用真菌培养液并不能抑制该细菌生长。相比之下，CuO/ZnO纳米复合材料在培养平板上产生明显的抑菌圈，并在液体培养测试中以相对较低浓度阻止细菌增殖。随时间推移，颗粒在较高剂量下能将可存活细菌数减少多个数量级，表明是真正的杀灭作用而不仅是生长减慢。认为这些效应来自多重联合作用：颗粒附着在细菌表面、破坏其保护性包膜，释放铜和锌离子干扰关键酶的功能，并促进活性含氧物种的形成，损伤脂质、蛋白和DNA。

沉默致病工具

值得注意的是，纳米复合材料的作用不仅限于杀菌。当研究者用低于抑制生长的剂量处理多药耐药大肠杆菌时，检测到与细菌粘附组织、与邻近细胞通信和产生毒素相关的关键基因活性下降。在这种亚诱导剂量处理下，负责表面附着结构和毒素产生的基因活性下降了数倍，而用于群体感应的核心通信基因也被强烈抑制。这意味着被处理后存活的细菌很可能在形成生物膜、协调攻击和损伤宿主细胞方面能力下降，即使它们未被完全清除，也被有效“缴械”。

这项工作对未来治疗的意义

总体而言，该研究表明一种简单的土壤真菌可被利用来构建铜-锌纳米颗粒混合物，对多药耐药大肠杆菌发挥双重作用：直接攻击细胞，同时下调使其危险的基因程序。由于该工艺避免了有毒试剂并使用成本较低的金属，其可持续放大生产的潜力优于许多现有纳米材料。在临床应用之前，仍需在动物和人体中确认安全性，并测试其在真实伤口或医疗器械上的效果。但这种由真菌构建的纳米复合材料指向了一类新型治疗策略，不仅能杀灭超级细菌，还能剥夺它们最具危害性的手段。

引用: Obaid, A.N., Abdelghany, T.M., Soliman, A.M. et al. Green mycosynthesis of a CuO/ZnO heterojunction nanocomposite using Aspergillus terreus and its antibacterial and anti-virulence activity against multidrug-resistant Escherichia coli. Sci Rep 16, 12350 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-44775-z

关键词: 多药耐药大肠杆菌, 绿色纳米技术, 金属氧化物纳米颗粒, 抗菌涂层, 群体感应抑制