Development of Supramolecular Nanomaterials for Bacteria Discrimination

用于细菌识别的超分子纳米材料的开发

• 批准号: 20H02772
• 负责人: 早下 隆士
• 金额: $ 11.4万
• 依托单位: Sophia University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20H02772/
• 关键词: 細菌識別; 超分子ナノ構造体; 糖認識; リン酸誘導体認識; 蛍光観察; デンドリマー; フェニルボロン酸; ジピコリルアミン; ダンシル蛍光団

本研究では、これまでに蛍光シリカナノ粒子とジピコリルアミン金属錯体の複合体が、黄色ブドウ球菌などの細菌と凝集体を形成し、目視で細菌 を検出できる事を見いだしている。またポリアミドアミンデンドリマー(樹木状高分子)の表面にフェニルボロン酸基を導入したナノ構造体では 、黄色ブドウ球菌と大腸菌とを識別して黄色ブドウ球菌のみを選択的に凝集させることに成功した。本研究では、様々な分子認識部位を導入した超分子ナノ構造体を開発し、その細菌に対する選択的識別メカニズムを明らかにするとともに、細菌種を簡易・迅速に識別できる新しい検出 ・捕集技術を開発し、研究期間内の実用化を目的とする。2022年度は、1）蛍光型分子認識プローブの開発および超分子ナノ構造体の蛍光・凝集応答機能と細菌識別機能の評価、および2）細菌と超分子ナノ構造体との相互作用観察と細菌識別のメカニズム解明を行った。1）については、第四世代PAMAMデンドリマーの表面にフェニルボロン酸とジピコリルアミノ基を導入したDPA-HB-B-PAMAM、およびベンゾオキサボロール化学修飾したBenzo-PAMAMを合成した。DPA-HB-B-PAMAMおよびBenzo-PAMAMは広範囲のpHにおいて細菌を認識し、凝集体を形成することを、蛍光顕微鏡観察および濁度測定により明らかにした。2）については、表面電荷の影響を明らかにするためにB-PAMAMの表面をカチオン性にしたNH2-B-PAMAMを新たに合成した。興味深いことにNH2-B-PAMAMは、グラム陰性菌である大腸菌に対し凝集選択性を示すことが明らかとなった。またBenzo-PAMAMがグラム陽性菌に選択性を示す原因として、ボロン酸がグラム陽性菌の外膜に存在するリポタイコ酸を認識するためであることを、抗体法を用いて明らかにした。

在这项研究中，已经发现，荧光二氧化硅纳米颗粒和二吡咯胺金属络合物的复合物与金黄色葡萄球菌等细菌形成聚集体，从而使它们可以视觉检测细菌。此外，在纳米结构中，在多胺聚合物（类似树状的聚合物）表面引入苯基硼酸基团，我们能够区分金黄色葡萄球菌和大肠杆菌，并且仅选择性地聚集了葡萄球菌。在这项研究中，我们将开发出引入各种分子识别位点的超分子纳米结构，阐明细菌的选择性歧视机制，并开发新的检测和收集技术，从而使细菌物种简单而快速地识别，并旨在使它们在研究期内实用。在2022财年中，1）开发了一种荧光分子识别探针，评估了荧光和聚集反应的功能以及对超分子纳米结构的细菌歧视，以及2）观察到细菌与超分子纳米结构与细菌歧视的机制之间的相互作用。关于1），DPA-HB-B-PAMAM，其中将苯基 - 硼酸和二吡咯氨基氨基氨基群引入了第四代PAMAM Dendrrimer的表面，而Benzo-Pamam合成了苯唑诺醇化学修饰的Benzo-Pamam。荧光显微镜和浊度测量结果表明，DPA-HB-B-PAMAM和Benzo-PAMAM识别细菌并在广泛的pH范围内形成聚集体。关于2），新合成了B-PAMAM表面的NH2-B-PAMAM，以阐明表面电荷的影响。有趣的是，已显示NH2-B-PAMAM对革兰氏阴性细菌大肠杆菌具有聚集选择性。此外，基于抗体的方法已被用来澄清苯并-PAMAM对革兰氏阳性细菌有选择性的原因是，硼酸识别存在于革兰氏阳性细菌外膜中的脂甲酸。

项目成果

Phosphate Derivative Recognition Using Polyamide Amine Dendrimer Reagent Modified by Dipicorylamine Ligand

使用二吡啶胺配体修饰的聚酰胺胺树枝状聚合物试剂识别磷酸酯衍生物

• DOI: 10.2116/bunsekikagaku.71.167
• 发表时间: 2022
• 期刊: BUNSEKI KAGAKU
• 影响因子: 0.2
• 作者: HASHIMOTO Takeshi;TABUCHI Naoto;HAYASHITA Takashi
• 通讯作者: HAYASHITA Takashi

Structural Effect on Phenylboronic Acid Fluorophore/Cyclodextrin Complex for Selective Sugar Recognition

苯硼酸荧光团/环糊精复合物对选择性糖识别的结构影响

• 发表时间: 2021
• 作者: Takeshi Hashimoto;Yuji Tsuchido;Shoji Fujiwara;Takashi Hayashita
• 通讯作者: Takashi Hayashita

Detection of phosphate derivatives by boronic acid type ferrocene probe/cyclodextrin complex

硼酸型二茂铁探针/环糊精复合物检测磷酸盐衍生物

• 发表时间: 2021
• 作者: Kazuho Tagami;Hiromichi Shinono;Takeshi Hashimoto;and Takashi Hayashita
• 通讯作者: and Takashi Hayashita

ボロン酸修飾PAMAMデンドリマーを用いた細菌認識法の開発

使用硼酸修饰的 PAMAM 树枝状聚合物开发细菌识别方法

• 发表时间: 2021
• 作者: Han Jihae;Takano Saori;Fujii Kenta;黒田義之;Takahiro Yamada;三ヶ木 彩芽・鶴房 莉帆・土戸 優志・橋本 剛・早下 隆士
• 通讯作者: 三ヶ木 彩芽・鶴房 莉帆・土戸 優志・橋本 剛・早下 隆士

エンドトキシン認識機能を有する新規蛍光プローブの開発

具有内毒素识别功能的新型荧光探针的研制

• 发表时间: 2021
• 作者: Sakamoto Ryo;Yamashita Maho;Nakamoto Kosuke;Zhou Yongquan;Yoshimoto Nobuko;Fujii Kenta;Yamaguchi Toshio;Kitajou Ayuko;Okada Shigeto;木本 洋・飯山 真充・橋本 剛・早下 隆士
• 通讯作者: 木本 洋・飯山 真充・橋本 剛・早下 隆士