【今日师大人】以菌抗菌！材化学院刘俊秋教授团队提出对抗病菌感染新策略

人类与致病菌的缠斗，从未停歇，且不断升级。青霉素等传统抗生素作为对抗致病菌感染的关键武器，已挽救了数亿人的生命。然而，全球范围内的临床医生如今正面临一个日益严峻的问题：病菌逐渐对抗生素产生耐药性。微生物耐药性，特别是病菌的耐药性，已被世界卫生组织列为严重威胁人类健康安全的公共卫生问题之一，成为全球科学家关切的热点。

近日，我校材料与化学化工学院刘俊秋教授带领团队提出对抗病菌感染的新策略。团队提出“以菌抗菌”的概念，通过合成生物学和材料科学交叉，获得一种工程化活材料，即开发工程活体蛋白质水凝胶贴片。该贴片不仅可以用于对抗病菌感染，并表现出极佳的治疗效果。

将新型抗菌思路从理论变成现实

尽管是暑假，刘俊秋教授团队实验室仍然和往常一样高效运转。翻开实验室工作日志，几乎每一天都排得满满当当。

团队成员徐政伟从研究生入学开始就一直跟随着刘俊秋教授从事工程化活材料的研究，现在他已经是我校生物学一年级的博士生。这个暑假，他仍然埋首在实验室，为进一步优化活体水凝胶贴片的效果而努力。说起贴片的研究，平常沉稳冷静的他显得有些激动，“过去几十年来，由于滥用抗生素，耐多药（MDR）细菌的感染事件不断增加。因此，开发具有高抗菌活性、低毒性、强选择性等特点的新材料成为大家迫切的需要。目前绝大部分的抗菌策略均会无差别地清除各种细菌，造成对机体局部功能的损伤。我们期望发展一种新型抗菌思路，既能实现对非必需杂菌的选择性杀伤，同时又保留其它有益细菌的存活。”徐政伟说，为了将这种理论的思路变成现实的可能，团队从2020年开始将研究的重心放在工程化活材料研发上，通过将生物代谢与物质特性相结合，以期用于对抗细菌感染。

所谓工程化活材料，是合成生物学与材料科学领域的交叉发展衍生的一种新的材料形式，它由生物细胞嵌入自身所分泌的胞外基质或人工材料支架所组成。与骨骼、木材和皮肤等天然材料一样，工程化活材料拥有活细胞的各种动态特征，能够自我生长、组织和修复。它们也会在感知外部环境信号时执行基因信息所预先编程的生物功能，具备显著的刺激响应性，这是很多传统合成材料所不具备的能力。在过去的几年中，业界对工程化活材料进行了广泛地研究。

“我们成功构建了表达黑色素的工程化细菌，其展现出优异的光热转换性能。进一步利用化学交联策略，将该工程化细菌嵌入生物相容性牛血清白蛋白 (BSA)水凝胶贴片中，成功构建了‘活体’水凝胶贴片。”团队负责人刘俊秋教授介绍道。实验结果表明，原本仅起到物理隔离保护和创造湿润环境的作用的水凝胶起到了光热、光动力和化学动力学效果，不仅能够有效抑制创面细菌生长，同时还能促进伤口愈合。“而且贴片还呈现出较好的生物相容性，这也保证了它对哺乳动物细胞具有低毒性。这为今后我们开发生物抗菌材料提供了新的可能性和应用前景。”刘俊秋教授说。

开展多学科交叉融合研究 为先进材料发展注入新的思路和活力

事实上，交叉合成生物学和材料科学技术，生成工程活体蛋白质水凝胶贴片只是刘俊秋教授团队研究成果的冰山一角。近年来，刘俊秋教授带领团队开展多学科交叉融合研究，酶仿生设计与应用、光捕获系统仿生设计、仿生离子通道系统构筑、药物控释与疾病治疗、纳米生物检测与治疗、智能纳米载药系统、抗肿瘤免疫治疗……在生物纳米功能材料与生物医用材料的设计与制备，光学材料器件设计与可视化生物诊疗上取得多项重大突破，也为推动开发先进材料奠定了坚实的基础。

目前，刘俊秋教授团队拥有博士后、博士生、硕士生等40余人，在Chem. Rev., Chem. Soc. Rev., Acc. Chem. Res., J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed.等国际知名期刊已发表SCI研究论文300余篇，申请发明专利20余项，主持科技部重点研发计划、国家自然科学基金等各类科研项目20余项。

“材料是人类赖以生存与发展的物质基础，科技和社会的进步都离不开材料技术的发展，未来先进材料的发展趋势必然朝着绿色可持续、低耗高产出、精细可调控、高效多功能的方向发展。”刘俊秋教授介绍，而交叉学科的研究则将为推动先进材料的合成和制备注入新的思路和活力，在他的团队中就吸收了生物、化学、材料和纳米等方向的研究者，大家在互相沟通中让思维碰撞出火花，取长补短找到解决问题的方法。

“刘老师经常鼓励我们，遇到问题的时候，不要想着放弃，而是尝试用多种学科的思路把它克服。”徐政伟说，交叉学科研究让他能以问题为导向在更广阔的背景下探索，这使得他在面对复杂难题时有了更多坚持的勇气，“这条路走不通，就绕过去找新的路，也能走到‘罗马’”。

“在团队里享受多学科交叉资源，让我能跳出原有的学科框架，积极掌握新知识。”团队成员博士生李聪（西工大和杭师大联培）也同样深有感触。今年2月，他以第一作者身份在Advanced Materials上发表了题为“Molecular Motor-Driven Light-Controlled Logic-Gated K+ Channel for Cancer Cell Apoptosis”的文章，聚焦化学、生命科学、材料学的交叉研究，首次提出光控逻辑门离子通道的概念，并将该人工钾通道用于抗癌治疗。李聪表示，团队多学科交叉、自由探索、你争我赶的科研氛围，为自己的成长提供了肥沃的土壤。“我不仅能借助跨学科的优势获得灵感和启发，也能进一步挖掘自身学科潜能，感觉自己成长得特别快。”他说。

“我们希望通过这种交叉融合，一方面培养出以国际前沿问题为导向的新型科研人才，另一方面也带来技术革新，在未来取得更多惊喜。”团队成员们说。

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