阳离子二酮吡咯并吡咯光动力灭活大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的机制研究及其抗菌应用

这篇研究报道了两种新型阳离子二酮吡咯并吡咯（DPP）衍生物（1a和2a）在光动力灭活（PDI）革兰氏阳性菌（金黄色葡萄球菌）和革兰氏阴性菌（大肠杆菌）中的高效作用。通过结合钾碘化物（KI）和白光激活，触发活性碘物种（RIS）的生成，显著提升杀菌效果。双阳离子化合物2a仅需5-10分钟即可完全灭活两种细菌，而单阳离子化合物1a对革兰氏阴性菌效果有限。研究揭示了化合物电荷数对PDI效率的关键影响，为抗微生物耐药（AMR）提供了新策略。

　　

亮点

阳离子二酮吡咯并吡咯（DPP）凭借其卓越的光物理特性，首次被证明可通过光动力灭活（PDI）高效杀灭革兰氏阳性与阴性菌。双阳离子化合物2a在5μM浓度下，联合碘化钾（KI）仅需5分钟（金黄色葡萄球菌）和10分钟（大肠杆菌）即可实现完全灭活，而单阳离子化合物1a需30分钟且对大肠杆菌效果不彻底。

结论

深入分析表明：a）通过对廉价商用染料的简单修饰，即可获得高效抗菌光敏剂（PS）；b）尽管DPP衍生物的单线态氧（¹O₂）产量较低，但其在光照下触发的活性碘物种（RIS）可能是杀菌主力；c）化合物整体电荷数显著影响PDI效率——双阳离子结构对两类菌均有效，而单阳离子仅对革兰氏阳性菌有效。

合成与表征

化合物1、2、1a和2a的合成采用商业化原料，通过硅胶柱层析纯化，并经核磁共振（NMR）和质谱（MS）验证。关键步骤包括吡啶基团的N-甲基化，显著提升了水溶性和抗菌活性。

动物与人体伦理声明

本研究未使用活体动物。

作者贡献声明

Cátia Vieira负责实验与初稿撰写；Steffen Hackbarth参与验证与数据分析；Augusto C. Tomé和Adelaide Almeida指导项目设计与资金筹措。

利益冲突声明

作者声明无利益冲突。

资助信息

研究由葡萄牙科技基金会（FCT）和德葡合作科学计划资助，支持编号：UID/50006、LA/P/0094/2020及2022.15373.CBM。

致谢

感谢阿威罗大学、葡萄牙NMR网络及博士生Cátia Vieira（资助号SFRH/BD/150358/2019）的支持。