基于双功能激活探针的超分辨SIM成像揭示光动力灭活过程中细菌膜动态及脂质过氧化机制

文献分享|基于双功能激活探针的超分辨SIM成像揭示光动力灭活过程中细菌膜动态及脂质过氧化机制

导语

今天给大家分享一篇发表在期刊 Chem. Sci. 上的文献：

SIM imaging of bacterial membrane dynamics and lipid peroxidation during photodynamic inactivation with a dual-functional activatable probe.

概要

光动力灭活（PDI）作为一种可有效降低细菌耐药性风险的新型抗菌策略，近年来备受学界关注。然而，PDI过程中细菌细胞死亡的精确形态动力学特征及其作用机制仍存在诸多未解之谜。本研究成功开发了一种兼具超分辨率成像与光动力灭活功能的双功能激活探针RDP（Rhodamine-based Dual-activatable Probe），其通过共价连接罗丹明B荧光基团与疏水性脂肪链，实现了对细菌膜的选择性靶向定位。该探针创新性地采用聚集诱导激活机制（aggregation-disaggregation-induced activation），在保持适度荧光亮度的同时，显著增强了光动力效应的抗菌性能。借助结构光照明显微镜（SIM）的超分辨成像技术，本文首次在亚细胞层面观察到PDI过程中细菌膜的时空动态变化：光照触发下，细菌膜在特定位点发生选择性破裂，随后伴随膜结构收缩及内陷现象，最终导致脂质富集液滴在胞内形成。机制研究表明，这种膜破裂行为与活性氧介导的脂质过氧化反应密切相关。定量形态学分析进一步揭示：在细菌分裂期，膜破裂事件主要集中在细胞分裂隔膜区域（占观测事件的68.3%±5.7%）；而在对数生长期及静止期细菌中，破裂位点则以细胞极部为主（分别占72.1%±4.2%和65.5%±6.4%）。这些发现不仅阐明了光动力灭活过程中膜损伤的空间特异性规律，更从分子层面揭示了脂质过氧化与膜结构破坏的直接关联，为开发具有精准靶向性和高效抗菌性能的新型光动力抗菌制剂提供了重要的理论依据。

图1示意了RDP探针通过聚集诱导激活机制实现超分辨成像与光动力灭活双重功能的协同作用原理，其中探针的疏水尾部确保了细菌膜的选择性定位，而光触发的聚集态转变则同步实现了荧光信号增强与单线态氧生成的抗菌功能。

参考文献：DOI：10.1039/D5SC00858A