受大自然啟發的病毒形成有生命的”向日葵”來對抗疾病
麥克馬斯特大學的研究人員發現，在特定條件下處理的噬菌體能形成花狀結構，這種結構能高效地靶向細菌，為治療和檢測疾病提供了新的可能性。
一組噬菌體自發性形成花朵狀的彩色電子顯微鏡照片。 圖片來源：麥克馬斯特大學
麥克馬斯特大學的一個研究小組經常研究噬菌體（一種吃細菌的病毒），他們在準備幻燈片以便在強大的顯微鏡下觀察時發現了一個驚人的發現。在噬菌體（非正式地稱為噬菌體）樣本進行處理，以便在電子顯微鏡下觀察它們的活體之後，研究人員驚訝地發現，它們已經形成了類似向日葵的三維形狀，但寬度只有十分之二毫米。
只需稍加提示，大自然就產生了該領域專家幾十年來一直試圖人工創造的結構類型–事實證明，這種結構在尋找難以捉摸的細菌目標方面的效率要比未連接的噬菌體高出100 倍。
研究人員認為，創造這種結構的能力為檢測和治療多種形式的疾病提供了可能性，而這一切都需要使用天然材料和工藝。
《先進功能材料》雜誌最新發表的一篇文章詳細介紹了他們的研究成果。
揭開獨特病毒形態的面紗
最初的發現是實驗室日常工作中的意外。
樣本噬菌體在製備過程中會受到溫度或溶劑的影響而殺死病毒，而第一作者田磊和他的同事們並沒有將樣本噬菌體暴露在典型的製備過程中，而是選擇用高壓二氧化碳對其進行處理。 田雷現在是中國東南大學的首席研究員，他在麥克馬斯特大學攻讀博士生和博士後研究員期間領導了這項研究。
雖然研究人員已經習慣看到微小的病毒做出驚人的舉動，但在治療後，他們驚訝地發現噬菌體以如此複雜、自然和非常有用的形式組合在一起。
「我們試圖保護這種有益病毒的結構，」田說。 “這就是我們要克服的技術挑戰。我們得到的就是這種由大自然自己創造的神奇結構。”
研究人員利用位於麥克馬斯特的加拿大電子顯微鏡中心的設施捕捉到了這種結構的圖像，並在過去兩年裡揭開了這一過程的神秘面紗，展示了這種新結構如何在科學和醫學領域發揮非常有用的作用。
論文通訊作者托希德-迪達爾（Tohid Didar）是一名機械工程師，擔任加拿大奈米生物材料研究主席，他說：「這是一個意外的發現。當我們把它們從高壓室中拿出來，看到這些美麗的花朵時，我們完全驚呆了。的材料創造出類似的結構。
彩色噬菌體群與花朵的對比。 資料來源：麥克馬斯特大學
利用噬菌體的潛力
近年來，資深作者、化學和生物醫學工程師、加拿大噬菌體生物工程研究主席Zeinab Hosseinidoust 實驗室的研究人員在噬菌體研究方面取得了重大進展，他們成功地促使有益病毒像有生命的微觀織物一樣連接在一起，甚至形成肉眼可見的凝膠，為噬菌體的應用開闢了新的前景–尤其是在檢測和抗感染方面。
不過，在最近的發現之前，人們還無法賦予這種材料形狀和深度，而現在透過花朵狀結構的皺紋、波峰和縫隙，它已經擁有了這種形狀和深度。
Hosseinidoust 說：「這實際上是在與自然共建。這種美麗的皺褶結構在自然界無處不在。幾十年來，這種結構的機械、光學和生物特性一直激勵著工程師們人為地建造這類別結構，希望從中獲得同樣的特性。
研究人員Lei Tian、Zeinab Hosseinidoust 和Tohid Didar。 資料來源：麥克馬斯特大學
現在，他們已經引發了這種轉變，並成功複製了這個過程，研究人員對噬菌體透過聯合在一起並採取這種形式而實現的集體效率感到驚嘆，他們正在探索利用相同特性的方法。
這種多孔、花朵狀的噬菌體結構在尋找分散的、彌散的目標方面比未連接的噬菌體結構好100 倍，即使在復雜的環境中也是如此，作者將它們與他們在傳染病研究領域的同事創造的DNA 酵素混合在一起，利用花朵狀的噬菌體結構在商業冷卻塔的水中找到了低濃度的軍團菌，證明了這一點。
噬菌體正在重新成為多種感染形式的治療方法，因為它們可以被編程為針對特定細菌，而對其他細菌則置之不理。
上世紀中葉青黴素問世後，該領域的研究工作曾經中斷，但隨著抗菌藥物抗藥性不斷削弱現有抗生素的效力，包括麥克馬斯特研究人員在內的工程師和科學家們又把目光投向了噬菌體。
發現將噬菌體連接成花朵形狀的過程可以增強噬菌體本已令人印象深刻的特性，既可以發現和殺死目標細菌，也可以作為其他有益微生物和材料的支架。
編譯自/ ScitechDaily