近日，上海科技大学大科学中心、物质科学与技术学院江怀东课题组与北京工业大学高学云课题组合作，将X射线相干衍射成像技术与层析成像技术相结合，对多肽矿化金团簇探针处理的金黄色葡萄球菌进行了纳米尺度的原位三维可视化成像，揭示了微生物菌体与其特异性抑制药物间的相互作用，为探寻药物作用机制提供了新工具和新思路。相关成果以封面文章发表于Analytical Chemistry。
金黄色葡萄球菌是一种广泛存在的革兰氏阳性细菌，被视为皮肤和软组织感染的主要原因，广谱抗生素虽对多种细菌感染有效，但其广泛使用会导致细菌耐药性增加。功能性金属纳米簇不仅可以特异性检测金黄色葡萄球菌，还表现出抗菌活性，作为一种不产生耐药性的“绿色”灭菌方法而备受青睐。但目前缺少完整微生物菌体细胞的三维空间结构定量分析方法，为金属纳米簇的抗菌抑制机制提供直观证据。
联合团队对金团簇探针标记的金黄色葡萄球菌进行了特异性表征，证实了探针具有剂量依赖性的体外杀菌活性。接着采用相干X射线衍射成像方法，对多肽矿化金团簇处理的金黄色葡萄球菌进行三维高分辨定量成像（三维分辨率达到47nm），在纳米尺度上揭示了金黄色葡萄球菌表面和内部结构。与未被处理的样品相比，金团簇探针处理的金黄色葡萄球菌表面存在凹陷的孔洞，细菌的比表面积增大、电子密度减小，细菌内容物损失非常严重，导致细胞完全崩溃和细胞壁的折叠。由此，借助新型相干X射线衍射成像方法在高分辨定量生物成像方面的优势，本研究得以直观展示金团簇探针引起的细菌细胞壁被破坏、细胞质成分从细胞中释放出来的抗菌机制。
金团簇探针处理的金黄色葡萄球菌三维相干衍射成像实验示意图
该成果论文题为“Three-Dimensional Quantitative Coherent Diffraction Imaging of Staphylococcus aureus Treated with Peptide-Mineralized Au-Cluster Probes”。上海科技大学物质学院2018级研究生李唐萌和贺博为论文共同第一作者，上科大副研究员范家东、北京工业大学教授高学云和上科大常任教授江怀东为共同通讯作者。
论文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.analchem.2c02638
