为大家分享一篇发表在Angew上的文章，文章的题目是“Enzyme-activated, Chemiluminescent Siderophore-Dioxetane Probes Enable the Selective and Highly Sensitive Detection of Bacterial ESKAPE Pathogens”，通讯作者是来自德国亥姆霍兹感染中心(Helmholtz-Zentrum fur Infektionsforschung)的Mark Broenstrup教授，他的实验室主要进行细菌或病毒感染的化学生物学研究。
病原体对抗生素的耐药性已成为医疗领域的一个难题，病原体检测和药敏测试等常用程序是基于自动化的微生物学方法，进一步缩短分析时间和简化方法显得重要起来。一个发展中的方法是通过分子成像技术检测体内感染，例如放射性的PET或SPECT是示踪剂，但高成本和对设备的高要求限制了其在临床上的发展。而更为简单的方法是发光在可见光范围的化学发光探针，这种探针不需要激发光，具有高灵敏、低背景的优点。在最近的研究中作者团队也成功将二氧杂环丁烷用于检测结核分支杆菌和细菌的碳青霉烯酶和β-内酰胺酶。但是对于不分泌β-内酰胺酶等抗性酶细菌的检测比较困难，原因是化学探针会被细菌细胞壁所阻隔。作者在本文中提出用基于铁载体的铁转运系统来增强跨“膜”。铁载体是低分子量的铁螯合剂，其可以被特定转运蛋白识别并被转运到细菌膜上，这些转运系统只存在于原核生物中。因此作者在本文中希望将铁载体与二氧杂环丁烷结合起来，实现对病原体的检测。
作者首先设计了一种三功能的化学探针，包括一个用于增强内化作用的铁载体，一个被保护的化学发光基团二氧杂环丁烷部分，以及一个可以被特定酶激活脱出的保护基团。作者总共选择了4种铁载体螯合分子；酶促释放基团则选择了2种，分别是基于β-半乳糖苷酶的糖保护基和基于醌氧化还原酶的“三甲基锁(TML)”保护基。这两种保护基的释放最终都会导致二氧杂环丁烷结构分解，金刚烷酮脱出并释放出绿色光。基于这些组合作者总共合成了9种候选探针，体外实验结果表明这些探针均能产生明亮的光信号。
接着作者还测试了它们进入细菌的能力，作者构建了内源铁载体敲除的细菌细胞系，通过比较细菌生长作者筛选除了化合物4、6、7、8、9。对于ESKAPE 6种病原体，化合物8、9都能被很好的激活。作者还在细菌上清液中进行了测试，因为细菌外分泌可能会导致非特异性激活，结果显示探针8具有很好的特异性，在所有上清液中均无活性且稳定；探针9虽然有微弱发光，但其强度是病原体存在时的1/20，因此也可以使用。
最后作者在人A549细胞中构建了感染模型，将培养基中的细胞外细菌洗涤后加入10 μM探针检测。根据发光的动力学曲线便可检测3种情况：即时发光意味着探针被细胞或者细菌排出的酶激活，稍晚的发光被认为是探针进入细胞、并被胞内细菌结合，而无感染的宿主细胞激活探针则需要数个小时之多。
总而言之，作者在本文中将铁载体与酶激活的化学发光探针结合，成功开发出一种针对ESKAPE致病菌的检测方法，其不仅能将健康细胞和被感染细胞区分开，还可以应用在血浆或组织中检测游离致病菌，为未来在临床或者食品领域微生物检测提供了有力工具。
本文作者：LYP
责任编辑：MYZ
文章链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.202201423
原文引用：DOI：10.1002/anie.202201423
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