Photoinactivation of catalase sensitizes a wide range of bacteria to ROS-producing agents and immune cells.
Photoinactivation of catalase sensitizes a wide range of bacteria to ROS-producing agents and immune cells.
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DOI：
10.1172/jci.insight.153079
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发表时间：
2022-05-23
期刊：
影响因子：
8
通讯作者：
Cheng, Ji-Xin
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Dong, Pu-Ting;Jusuf, Sebastian;Hui, Jie;Zhan, Yuewei;Zhu, Yifan;Liu, George Y.;Cheng, Ji-Xin
细菌已经进化到使用它们的基本分子成分来应对ROS的有害影响。过氧化氢酶是一种在大多数需氧细菌中普遍表达的含血红素的四聚体蛋白，在清除过量的过氧化氢(H_2O_2)中起着不可或缺的作用。在这里，通过使用野生型和过氧化氢酶缺失突变体，我们确定过氧化氢酶是400-420 nm蓝光的内源治疗靶点。蓝光可以有效地灭活细菌内的过氧化氢酶，从而使病原体非常容易受到过氧化氢和产生过氧化氢的物质的影响。结果，过氧化氢酶和过氧化氢的光灭活协同消除了生物膜内大量过氧化氢酶阳性的浮游细菌和铜绿假单胞菌。此外，过氧化氢酶的光灭活被证明有助于巨噬细胞防御细胞内的病原体。利用铜绿假单胞菌诱导的小鼠擦伤模型，验证了过氧化氢酶光灭活的抗菌效果。综上所述，我们的发现提供了一种针对耐多药细菌感染的过氧化氢酶靶向光疗方法。
Bacteria have evolved to cope with the detrimental effects of ROS using their essential molecular components. Catalase, a heme-containing tetramer protein expressed universally in most aerobic bacteria, plays an indispensable role in scavenging excess hydrogen peroxide (H2O2). Here, through use of wild-type and catalase-deficient mutants, we identified catalase as an endogenous therapeutic target of 400–420 nm blue light. Catalase residing inside bacteria could be effectively inactivated by blue light, subsequently rendering the pathogens extremely vulnerable to H2O2 and H2O2-producing agents. As a result, photoinactivation of catalase and H2O2 synergistically eliminated a wide range of catalase-positive planktonic bacteria and P. aeruginosa inside biofilms. In addition, photoinactivation of catalase was shown to facilitate macrophage defense against intracellular pathogens. The antimicrobial efficacy of catalase photoinactivation was validated using a Pseudomonas aeruginosa–induced mouse abrasion model. Taken together, our findings offer a catalase-targeting phototherapy approach against multidrug-resistant bacterial infections.
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