Superresolution imaging of antibiotic-induced structural disruption of bacteria enabled by photochromic glycomicelles

螺吡喃 汞菁 光致变色 细菌 抗生素 两亲性 生物物理学 化学 原位 纳米技术 材料科学 生物化学 光化学 生物 有机化学 共聚物 聚合物 遗传学
作者
Xi‐Le Hu,Hui-Qi Gan,Wen-Zhen Gui,Kai‐Cheng Yan,Jonathan L. Sessler,Dong Yi,和也 藤田,Xiaopeng He
出处
期刊:Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America [National Academy of Sciences]
卷期号:121 (37)
标识
DOI:10.1073/pnas.2408716121
摘要

Bacterial evolution, particularly in hospital settings, is leading to an increase in multidrug resistance. Understanding the basis for this resistance is critical as it can drive discovery of new antibiotics while allowing the clinical use of known antibiotics to be optimized. Here, we report a photoactive chemical probe for superresolution microscopy that allows for the in situ probing of antibiotic-induced structural disruption of bacteria. Conjugation between a spiropyran (SP) and galactose via click chemistry produces an amphiphilic photochromic glycoprobe, which self-assembles into glycomicelles in water. The hydrophobic inner core of the glycomicelles allows encapsulation of antibiotics. Photoirradiation then serves to convert the SP to the corresponding merocyanine (MR) form. This results in micellar disassembly allowing for release of the antibiotic in an on-demand fashion. The glycomicelles of this study adhere selectively to the surface of a Gram-negative bacterium through multivalent sugar–lectin interaction. Antibiotic release from the glycomicelles then induces membrane collapse. This dynamic process can be imaged in situ by superresolution spectroscopy owing to the “fluorescence blinking” of the SP/MR photochromic pair. This research provides a high-precision imaging tool that may be used to visualize how antibiotics disrupt the structural integrity of bacteria in real time.
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