Protective Mechanism of a Layer-by-Layer-Assembled Artificial Cell Wall on Probiotics

渗透 细胞膜 生物物理学 细胞 化学 图层(电子) 材料科学 纳米技术 生物化学 生物
作者
Xia Zhang,Hanjiao Hu,Xin Huang,Yanzhen Yin,Shuangshuang Wang,Shufei Jiao,Zijie Liu,Yunying Zheng
出处
期刊:Journal of Physical Chemistry B [American Chemical Society]
卷期号:126 (9): 1933-1940 被引量:2
标识
DOI:10.1021/acs.jpcb.1c09282
摘要

Constructing an artificial cell wall (AFCW) based on the layer-by-layer assembly of polymer films to protect probiotics in harsh conditions is highly desirable. Early findings showed that encapsulating yeast cells by an AFCW improved the cell viability by 50% in antibiotic solution. However, the detailed molecular interaction mechanism remains unclear by experiments. Herein, two ciprofloxacin (CPFX) permeation models, including models 1 and 2 that were, respectively, composed of just the yeast cell membrane and the AFCW coating cell membrane, were investigated by molecular dynamics simulations. The free energy profiles delineating the permeation process of CPFX reveal that the permeation of CPFX through the cell membrane of model 2 is more difficult than through that of model 1. The analysis results show that the AFCW leads to two sharp increases in free energy barriers, amounting to 8.9 and 6.2 kcal/mol, thereby reducing the penetrating rate of CPFX into the cell membrane. Moreover, decomposition of the potentials of mean force into free energy components suggested that the electrostatic interactions of CPFX with the AFCW predominantly contributed to the high free energy barriers. The current results provide a good understanding of the protective mechanism of the self-assembled cell walls against CPFX and help to design other AFCWs.
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