中国科学院生物物理研究所高利增研究组与中国农业大学动物科学技术学院董冰研究组联合攻关,在纳米酶仿生抗菌研究领域取得突破性进展,相关成果为肠道感染治疗及微生物耐药性问题解决提供了创新思路。

　　纳米酶是我国科学家率先提出的重要概念。高利增在阎锡蕴院士实验室攻读博士期间,首次发现磁性氧化铁纳米颗粒的类酶催化现象,相关成果2007年发表于《Nature Nanotechnology》,被引次数超6000次,为该领域发展奠定重要基础。在此之上,高利增团队建立纳米酶仿生抗菌新策略,模拟天然免疫防御系统多酶催化杀菌机制,借助氧化还原酶类产生活性氧快速杀菌、水解酶类分解细菌成分等方式,对多种耐药菌、真菌及病毒实现有效杀伤或抑制,为突破微生物耐药困境提供了潜在路径。

图注:高利增团队在生物物理所大分子实验室

　　前期研究中,高利增团队发现硫化铁纳米酶兼具多类酶活性与铁硫活性物质释放能力,对多种致病菌杀伤效果显著。针对行业核心难题——益生菌疗法调节肠道微生态能力有限、基因改造手段存在技术与安全隐患,非基因编辑的益生菌功能强化成为攻坚重点。

　　联合团队聚焦这一瓶颈,成功揭示铁硫纳米酶的新型抗菌机制。研究发现,该纳米酶可发挥类加氧酶和类异构酶催化功能,精准作用于阴道乳杆菌的色氨酸代谢途径,将代谢中间体吲哚-3-甲醛转化为吲哚-2-甲酸。该产物既能抑制致病菌活性,又能保护益生菌免受铁离子毒性损伤;而在沙门氏菌等致病菌内部,亚铁离子保持游离状态,可诱导活性氧积累及类铁死亡样损伤,实现致病菌选择性杀灭,兼顾抗菌效果与肠道微生态平衡。

　　联合团队通过多种技术手段结合理论计算,厘清了纳米酶催化路径。动物实验显示,口服铁硫纳米酶与阴道乳杆菌联合干预,可显著降低沙门氏菌感染小鼠和仔猪的腹泻发病率,减少约23种病原菌或潜在病原菌丰度,提升14种益生菌水平,展现出优异的肠道感染缓解效果。

图注:董冰团队在分析实验室

　　2025年11月24日,相关成果以“Nanozymes modulate probiotic tryptophan metabolism to prevent Salmonella infection in mammalian models”为题,发表于国际顶级期刊《Nature Microbiology》。该研究首次证实纳米酶可通过人工催化编辑调控细菌特定代谢通路,无需改造细菌,开辟了新型肠道感染治疗新赛道。未来,团队将推进成果临床转化,拓展应用边界,为全球微生物耐药性难题解决贡献中国智慧与方案,为公共卫生安全提供技术支撑。