Breaking Iron Homeostasis: Iron Capturing Nanocomposites for Combating Bacterial Biofilm

生物膜 血红素 卟啉 细菌细胞结构 化学 微生物学 组合化学 生物物理学 血红素 生物 细菌 生物化学 有机化学 遗传学
作者
Wenyue Sun,Jiao Sun,Qihang Ding,Manlin Qi,Jing Zhou,Yujia Shi,Jia Liu,Miae Won,Xiaolin Sun,Xue Bai,Biao Dong,Jong Seung Kim,Lin Wang
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:63 (14): e202319690-e202319690 被引量:46
标识
DOI:10.1002/anie.202319690
摘要

Abstract Given the scarcity of novel antibiotics, the eradication of bacterial biofilm infections poses formidable challenges. Upon bacterial infection, the host restricts Fe ions, which are crucial for bacterial growth and maintenance. Having coevolved with the host, bacteria developed adaptive pathways like the hemin‐uptake system to avoid iron deficiency. Inspired by this, we propose a novel strategy, termed iron nutritional immunity therapy (INIT), utilizing Ga‐CT@P nanocomposites constructed with gallium, copper‐doped tetrakis (4‐carboxyphenyl) porphyrin (TCPP) metal–organic framework, and polyamine‐amine polymer dots, to target bacterial iron intakes and starve them. Owing to the similarity between iron/hemin and gallium/TCPP, gallium‐incorporated porphyrin potentially deceives bacteria into uptaking gallium ions and concurrently extracts iron ions from the surrounding bacteria milieu through the porphyrin ring. This strategy orchestrates a “give and take” approach for Ga 3+ /Fe 3+ exchange. Simultaneously, polymer dots can impede bacterial iron metabolism and serve as real‐time fluorescent iron‐sensing probes to continuously monitor dynamic iron restriction status. INIT based on Ga‐CT@P nanocomposites induced long‐term iron starvation, which affected iron‐sulfur cluster biogenesis and carbohydrate metabolism, ultimately facilitating biofilm eradication and tissue regeneration. Therefore, this study presents an innovative antibacterial strategy from a nutritional perspective that sheds light on refractory bacterial infection treatment and its future clinical application.
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