關鍵詞：二維二硫化鉬，耐藥菌，β-內酰胺酶
2004年，美國傳染病學會（IDSA）發表了一篇題為“壞蟲，無毒品：抗生素髮現停滯，公共健康危機釀造”的報告，引起了全世界的極大關注。青黴素作為抗菌劑的首次廣泛臨床應用為尋找新的類似物鋪平了道路。它們通過攻擊細菌細胞壁合成所需的特定酶而起到抗菌的作用。然而，在引入青黴素的幾年時間裡，各種細菌菌株通過產生一類名為青黴素酶的酶開始顯示出耐藥性。這類酶稱為β-內酰胺酶，可破壞青黴素的β-內酰胺環結構。1940年，Abraham和Chain首次觀察到細菌對青黴素的抗性。之後，科學家們在青黴素化學結構中引入了幾種含有β-內酰胺部分的青黴素類抗生素，但都面臨著耐藥性的問題。在多藥耐藥（MDR）和廣泛耐藥（XDR）結核病中β-內酰胺酶起著關鍵作用。目前，β-內酰胺酶介導的耐藥性成為重要的臨床威脅，並在全世界範圍內引發巨大挑戰。在這種情況下，β內酰胺酶抑制的開發成為治療抗生素抗性感染的新療法之一。
抑制β-內酰胺酶可以通過可逆地或不可逆地結合其活性位點以使其對抗生素無活性或使用大分子空間阻斷活性位點來中止酶活性。到目前為止，大多數β-內酰胺酶抑制劑含有內酰胺環並且在結構上類似於青黴素，例如克拉維酸，舒巴坦，他唑巴坦等。這些抑制劑的最大缺點是它們對不同種類的β內酰胺酶具有不同的滅活機制。因此，一種抑制劑的功效在兩類結構上非常相似的酶之間可能會有所不同。因此，使用小分子開發任何一種廣譜抑制劑都是不可能的。例如，經過多年研究、臨床批准的β內酰胺酶抑制劑鈣調蛋白僅需要一個分子就使金黃色葡萄球菌中的單個β內酰胺酶失活，而對蠟狀芽孢桿菌I的相同酶產生同樣的抑制效果則需要超過16000個鈣調蛋白分子。
基於功能化納米材料的酶抑制是近年來備受關注的新的研究方向。與小分子相比，具有巨大表面和可變功能的納米材料可以非常有效地結合和改變酶活性。基於納米材料的抑制主要通過多價相互作用或空間阻塞發生，這通常難以通過生物學修飾來克服。在許多研究中，3D和2D材料被認為通過活性位點的空間阻斷和多價相互作用有效抑制酶活性。例如，通過氧化石墨烯和金納米顆粒抑制胰凝乳蛋白酶，通過特定形狀的氧化鋅納米顆粒抑制β-半乳糖苷酶的活性等等。此外，到目前為止對於基於納米材料的抗菌劑沒有發現任何耐藥性菌株。而最新上市的抗生素Ceftobiprole據報道已經對產生β-內酰胺酶的腸桿菌具有一定的抗性。
來自印度科學院的Mrinmoy De領導的研究團隊一直致力於基於納米材料的β-內酰胺酶抑制劑的開發。Mrinmoy De認為，與其他納米材料相比2D層狀材料可以提供最大的比表面積。特別是石墨烯和其他幾種二維材料被開發和標準化，如硅酸鹽粘土，過渡金屬二硫化物（TMDs），過渡金屬氧化物（TMOs）等，它們都有自己獨特的性質。2D納米材料有助於許多高端的生物醫學應用，其中石墨烯已被廣泛用於構建用於疾病診斷和治療的納米裝置。與石墨烯基材料一樣，諸如MoS2的分層TMD也用於各種生物醫學應用。
研究表明，功能化的2D TMD納米片是無毒的和生物相容的。考慮到其固有的材料特性，它也被用於光熱治療中。2D MoS2更便於表面改性，並且可以通過使用簡單的硫醇配位（如貴金屬納米顆粒）來官能化。到目前為止，文獻中僅報道了天然氧化石墨烯和碳納米管作為基於納米材料的β-內酰胺酶抑制劑，但這些材料缺乏官能化，限制了這些材料的進一步發展。
近日，Mrinmoy De等人使用化學剝離的MoS2作為2D納米材料，並用不同的硫醇化配體進行功能化以開發β內酰胺酶抑制劑。
研究人員篩選了各種功能化的2D MoS2納米材料作為酶抑制劑，有效地與β內酰胺酶結合，並研究競爭抑制。其中，羧酸鹽官能化的、帶負電的2D MoS2是最有效的抑制劑，並且與常規抗生素的體外組合應用已經能夠顯著抑制耐藥菌的生長速率。Mrinmoy De認為，在耐藥菌越來越嚴重的今天，這項研究將有助於進一步探索具有更強β內酰胺酶抑制作用的新材料開發。DOI：10.1021/acsabm.8b00105
