Nano‐enabled Quenching of Bacterial Communications for the Prevention of Biofilm Formation

生物膜 群体猝灭 生物污染 群体感应 化学 细菌 微生物学 高丝氨酸 纳米材料 纳米技术 生物化学 材料科学 生物 遗传学
作者
Meng Gao,Bolong Xu,Yang Huang,Jiayu Cao,Lili Yang,Xi Liu,Alisher Djumaev,Di Wu,Moxichexra Shoxiddinova,Xiaoming Cai,Behruz Tojiyev,Huizhen Zheng,Xuehua Li,K. T. Normurodova,Huiyu Liu,Ruibin Li
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:62 (27): e202305485-e202305485 被引量:39
标识
DOI:10.1002/anie.202305485
摘要

Biofilm formation is a major threat to industry, the environment and human health. While killing of embedded microbes in biofilms may inevitably lead to the evolution of antimicrobial resistance (AMR), catalytic quenching of bacterial communications by lactonase is a promising antifouling approach. Given the shortcomings of protein enzymes, it is attractive to engineer synthetic materials to mimic the activity of lactonase. Herein, an efficient lactonase-like Zn-Nx -C nanomaterial was synthesized by tuning the coordination environment around zinc atoms to mimic the active domain of lactonase for catalytical interception of bacterial communications in biofilm formation. The Zn-Nx -C material could selectively catalyze 77.5 % hydrolysis of N-acylated-L-homoserine lactone (AHL), a critical bacterial quorum sensing (QS) signal in biofilm construction. Consequently, AHL degradation downregulated the expression of QS-related genes in antibiotic resistant bacteria and significantly prevented biofilm formation. As a proof of concept, Zn-Nx -C-coated iron plates prevented 80.3 % biofouling after a month exposure in river. Overall, our study provides a nano-enabled contactless antifouling insight to avoid AMR evolution by engineering nanomaterials for mimicking the key bacterial enzymes (e.g., lactonase) functioning in biofilm construction.
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