石墨烯基纳米复合材料抗菌及清除环境耐药基因的研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    31800845
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    24.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    C1007.纳米生物学
  • 结题年份:
    2021
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2021-12-31

项目摘要

Antibiotic resistance of bacteria seriously threatens human health in many aspects, including reducing effectiveness, aggravating resistance and environmental pollution of conventional antibiotics or disinfectants, so it is very necessary to develop novel materials and technologies with highly efficient antibacterial activities. In recent years, nano-antibacterial materials have been extensively studied and highlighted promising approaches for combating bacterial resistance. However, current nano-materials have not yet combined the activities of antibacterial and environmental antibiotic resistance genes elimination,as well as exerted the risk of inducing bacterial resistance to nanoparticles and promoting horizontal transfer of the resistance genes. Here, we will base on the excellent carrying and adsorption properties of graphene materials, through functional modification, structure-activity relationship study and optimization of the components and preparation method, to improve the synergistic effect among multiple components, synthesizing the graphene-based nanocomposites with activities of anti-drug resistant bacteria and environmental antibiotic resistance genes elimination/ destruction. Moreover, the nanocomposites would also possess the characteristics of not easily inducing resistance, high stability and low biological toxicity. The evaluation of anti-resistant bacteria ability and resistant genes elimination/ destruction efficacy of nanocomposite in various media will be performed against a variety of drug-resistant pathogens. The investigation of nanocomposite inducing bacterial nanomaterial-resistance would be conducted, as well as explore solutions. The toxicity of nanocomposite will also be evaluated. This study aims to provide scientific reference and technical support for combating drug-resistant bacteria and controlling environmental contamination by antibiotic resistance genes.
细菌耐药严重威胁人类健康,传统抗生素及消毒剂存在效力下降、加剧耐药产生及导致环境污染等问题,亟需发展高效抗菌新材料和新技术。近年来纳米抗菌材料成为研究热点并展现了良好的应用前景,但当前报道材料不能兼备高效抗菌和清除环境耐药基因的能力,且存在诱导抗性、促进细菌耐药基因水平转移的风险。本项目基于石墨烯材料优异的运载及吸附性能,进行功能化化学活性修饰,研究材料构效关系并优化组分配比和制备方法,提升多元组分的协同效应,合成兼备抗耐药菌及环境耐药质粒清除/破坏能力的纳米复合材料,同时具有不易诱导抗性、高稳定性及低生物毒性等特点。选取多种代表性耐药菌,在多介质下系统评价其抗耐药菌能力、耐药基因清除/破坏效力并探索作用机理;研究其是否诱导细菌产生纳米材料抗性并探究解决方案;系统评估其生物毒性。本研究拟为应对细菌耐药问题、控制环境耐药基因污染提供科学参考和技术支持。

结项摘要

细菌耐药严重威胁人类健康,传统抗生素存在效力下降、加剧耐药产生及导致环境污染等问题,亟需发展高效抗菌新手段。近年来纳米抗菌材料成为研究热点,但当前报道材料不能兼备高效抗菌和清除环境耐药基因的能力。本项目合成了2种石墨烯基纳米复合材料氧化石墨烯-聚乙烯亚胺-纳米银(GO-PEI-Ag)及氧化石墨烯-聚乙二醇-纳米银(GO-PEG-Ag),具备高效抗耐药菌及不诱导病原产生纳米抗性的优点,尤其是GO-PEI-Ag兼备了良好的耐药质粒清除能力。主要结果如下:1. 改进方法制备了高洁净度单分散的GO,为功能化纳米复合材料的合成提供了良好的基质与骨架。2. 建立了简便、环保的负载纳米银颗粒(AgNPs)的石墨烯基纳米复合材料的合成方法。创新采用微波加热法无需有毒还原剂或表面活性剂的添加,利用GO自身的还原及骨架作用使AgNPs高密度、小粒径均匀地负载在GO表面;通过功能化修饰使纳米抗菌复合材料在细胞培养液、生理盐水等多种溶液中可稳定分散性,解决了石墨烯材料在电解质溶液中聚集沉淀的问题。3.纳米复合材料具备高效的抗菌能力且未诱导纳米抗性产生。包括耐药菌在内的多种病原菌测试,10μg/mL的GO-PEI-Ag对革兰氏阴、阳性菌的杀灭率分别为100%及≥97.4%;10μg/mL的GO-PEG-Ag对革兰氏阴、阳性菌的杀灭率为≥99.5%和≥95%。纳米材料对耐药菌及标准菌杀灭能力相同,不受耐药基因影响,破坏细菌结构导致细胞内容物泄露是主要杀菌机理。对革兰氏阳性菌的杀灭率略低于对革兰氏阴性菌的杀灭率,推测原因主要是革兰氏阳性菌具有较厚细胞壁,对纳米材料的物理破坏起到了一定的缓冲。1μg /mL低浓度纳米复合材料刺激,病原菌压力传代培养20代,最低抑菌浓度(MIC)及杀菌率无明显变化。4. GO-PEI-Ag具备良好的耐药质粒清除能力,20μg /mL的GO-PEI-Ag对mph(A)、mcr-1、arr-3、blaNDM-1 四种耐药质粒的清除率均≥99.9%。5.具备较低的细胞毒性,经50 μg/mL的2种纳米复合材料作用8h后HeLa细胞活性≥80%。6.良的好抗菌持久性及抗有机物干扰能力,10μg/ml的GO-PEI-Ag喷洒物表24h及48h后,对自然下落菌杀灭率分别为100%及80.9%;体系内血清浓度为50%时纳米材料对大肠杆菌的杀菌率未受到无明显影响。

项目成果

期刊论文数量(2)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
负载万古霉素的纳米复合材料的合成及其抗胞内菌效果评价
  • DOI:
    10.13704/j.cnki.jyyx.2020.12.002
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    解放军预防医学杂志
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    庄冬生;吴枫;刘婉莹;王玉乐;宋宏彬;郝荣章;赵荣涛;孙岩松
  • 通讯作者:
    孙岩松
石墨烯基纳米复合材料抗菌及清除耐药基因作用的研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    中国消毒学杂志
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    吴枫;庄冬生;刘婉莹;王玉乐;宋宏彬;郝荣章;赵荣涛;孙岩松
  • 通讯作者:
    孙岩松

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其他文献

东海表层沉积物纯培养与非培养细菌多样性
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
    生物多样性
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    刘雪珠;赵荣涛;吴方伟;王健鑫
  • 通讯作者:
    王健鑫
牡蛎蛋白酶解多肽降糖 及抗氧化活性评价
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    食品工业科技
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    赵荣涛;王宁丽;魏鉴腾;裴栋;刘晔玮;邸多隆
  • 通讯作者:
    邸多隆
可可西里岩石圈向北俯冲到柴达木地幔的地震学证据
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    --
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    赵荣涛;赵文津;史大年;刘志伟;杨艳
  • 通讯作者:
    杨艳

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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