来自Washington University School of Medicine的最新研究，发现激光可摧毁耐药菌王国

位于圣路易斯的华盛顿大学医学院的研究人员发现，耐多药细菌和细菌芽孢可以被超短脉冲激光杀死。这一发现可能会带来新的方法来为伤口和血液制品消毒而不损害人体细胞。来源：Michael Worful

我们都知道，病毒的厉害性在于抗药性。当一种药物作用于某种病毒细菌，不久之后，病毒细菌便对此免疫，同样的药物将无法再杀死它。因此，在这种严峻形势下，研究者们面临更加严峻的挑战。

由于危及生命的细菌对抗生素的耐药性越来越强，寻找抗生素的替代品成为重要任务。一种特殊类型的激光器应运而生。这一发现来自于华盛顿大学医学院（Washington University School of Medicine）。

研究人员《生物光子学杂志》(Journal of Biophotonics)网络版上发表了这项研究，研究表明，发出超短光脉冲的激光可以杀死耐多药细菌和顽强的细菌芽孢。研究人员此前已经证明，这种激光不会损害人类细胞，这使得使用激光来消毒伤口或消毒血液制品成为可能。这项研究为使用超短光脉冲激光杀死其他手段难以杀死的细菌开辟了可能性。

图源：千库网

“超短脉冲激光技术独特地灭活了病原体，同时保存了人类蛋白质和细胞，”第一作者、MIR放射学讲师Shaw-Wei (David) Tsen医学博士说。“想象一下，在缝合手术伤口之前，我们可以通过扫描激光束来进一步降低感染的几率。可以预见，这项技术很快就会被用于体外生物制品消毒，未来甚至可以通过对患者进行透析和通过激光治疗设备输送血液来治疗血液感染。”

芽孢图 图源：网络

Tsen和资深作者Samuel Achilefu博士，Michel M.ter - pogoan放射学教授和MIR生物光子学研究中心主任多年来一直在探索超短脉冲激光的杀菌特性。已经证明这种激光可以在不伤害人体细胞的情况下灭活病毒和普通细菌。在这项新研究中，他们与亚利桑那州立大学微生物学教授Shelley Haydel博士合作，将他们的探索扩展到耐抗生素细菌和细菌芽孢。

研究人员用激光对耐多药金黄色葡萄球菌(MRSA)和产生广谱β -内酰胺酶的大肠杆菌(E. coli)进行了训练，前者会导致皮肤、肺部和其他器官感染，后者会导致尿路感染、腹泻和伤口感染。除了让人痛苦的能力，MRSA和大肠杆菌是非常不同的细菌类型，代表着细菌王国的两个遥远分支。研究人员还研究了蜡样芽孢杆菌的芽孢，这种细菌会导致食物中毒和食物腐败。芽孢杆菌的芽孢能经得起煮和煮。

“当细菌细胞遇到树突状大分子时，对细菌来说结果并不好，” Michael Malkoch说。左图为暴露于树突水凝胶前的铜绿假单胞菌细胞，以及暴露于树突水凝胶后的明显损伤。来源：Malkoch Group/KTH Royal Institute of Technology

研究结果表明，激光杀死了99.9%以上的目标生物，使它们的数量减少了1000多倍。

病毒和细菌含有密集的蛋白质结构，可以被超短脉冲激光激发。激光通过使这些蛋白质结构振动，直到它们的一些分子键断裂，从而致人死亡。断了的末端很快就会重新连接到他们能找到的任何东西上，在很多情况下，这不是他们以前连接的东西。其结果是蛋白质内部和之间错误的连接混乱，而这种混乱导致微生物中正常的蛋白质功能逐渐停止。

树突水凝胶是一种不含抗生素的伤口保护剂，可以杀死耐药细菌。来源：Malkoch Group/KTH Royal Institute of Technology

Tsen说：“在一定的激光功率下正在灭活病毒。当增加能量时，便开始灭活细菌。但要开始杀死人类细胞，需要更强大的力量。所以有一个治疗窗口，可以调整激光参数，这样我们可以在不影响人类细胞的情况下杀死病原体。”

热、辐射和漂白剂等化学物质可以有效地对物体进行消毒，但其中大多数对人体或生物制品的伤害太大。通过灭活各种细菌和病毒而不破坏细胞，超短脉冲激光可以提供一种新的方法，使血液制品和其他生物制品更安全。

“任何来自人类或动物来源的东西都可能被病原体污染，”Tsen说。“我们在将所有血液制品输血给患者之前都要进行筛查。问题是我们必须知道我们在筛查什么。如果一种新的血液传播病毒出现，就像70年代和80年代的艾滋病毒那样，它可能在我们知道之前就进入血液供应。超短脉冲激光可以确保我们的血液供应不受已知和未知病原体的影响。”

来源：Inactivation of multidrug‐resistant bacteriaand bacterial spores and generation of high‐potency bacterialvaccines using ultrashort pulsed lasers, Journal ofBiophotonics (2021). DOI:10.1002/jbio.202100207