Interfering with proton and electron transfer enables antibacterial starvation therapy

细菌 饥饿 电子转移 ATP合酶 三磷酸腺苷 纳米技术 生物物理学 材料科学 化学 微生物学 生物化学 生物 光化学 遗传学 内分泌学
作者
Ji Tan,Haifeng Zhang,Yisi Liu,Zhenhao Hou,Donghui Wang,Junjie Zhou,Yuan‐Ming Cao,Qian Shi,Bowen Zheng,Jing‐Jun Nie,Yuanyuan Cui,Yun Du,Kai Huang,Shengbing Yang,Dafu Chen,Xuanyong Liu
出处
期刊:Science Advances [American Association for the Advancement of Science]
卷期号:11 (12): eadt3159-eadt3159 被引量:24
标识
DOI:10.1126/sciadv.adt3159
摘要

Implant-associated infections are urgently addressed; however, existing materials are difficult to kill bacteria without damaging cells. Here, we propose an innovative concept of selective antibacterial starvation therapy based on interfering with proton and electron transfer on the bacterial membrane. As a proof-of-principle demonstration, a special Schottky heterojunction film composed of gold and alkaline magnesium-iron mixed metal oxides (Au/MgFe-MMO) was constructed on the titanium implant. Once bacteria contacted this implant, the Au/MgFe-MMO film continuously captured the proton and electron participated in respiratory chain of bacteria to impede their energy metabolism, leading to the deficit of adenosine 5'-triphosphate. Prolonged exposure to this starvation state inhibited numerous biosynthesis processes and triggered severe oxidative stress in bacteria, ultimately leading to their death due to DNA and membrane damage. In addition, this heterojunction film was comfortable for mammalian cells, without inhibiting mitochondrial function. This proposed starvation antibacterial therapy gives a notable perspective in designing biosafe smart antibacterial biomaterials.
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