Development of Supramolecular Nanomaterials for Bacteria Discrimination

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20H02772
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 34020:Analytical chemistry-related
• Research Institution: Sophia University
• Principal Investigator: HAYASHITA Takashi 上智大学, 理工学部, 教授 (70183564)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 橋本 剛 上智大学, 理工学部, 教授 (20333049) ; 神澤 信行 上智大学, 理工学部, 教授 (40286761)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 細菌識別 / 超分子ナノ構造体 / デンドリマー / フェニルボロン酸 / ジピコリルアミン / 蛍光観察

Outline of Final Research Achievements

In this study, in addition to increasing the sensitivity of bacterial identification methods by introducing fluorescence measurement, we also investigated the mechanism of bacterial recognition, and by controlling the surface structure, boronic acid dendrimer probes (B-PAMAM) was found to discriminate various bacteria. Furthermore, by changing the surface structure of the dendrimer, the electrostatic interaction between the positive charge of B-PAMAM and the negative charge on the bacterial surface contributed to the sugar recognition of boronic acid. Based on these recognition mechanism, B-PAMAM can selectively identify Gram-positive bacteria. The recognition target of boronic acid was revealed to be lipoteichoic acid, which is specific to Gram-positive bacteria surface, and succeeded in developing a new bacterial discrimination method.

Free Research Field

分析化学、超分子化学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

近年薬剤耐性菌が世界的な問題となっており、新たな細菌認識法が求められている。現行の細菌認識法は、数日以上の培養を要したり抗体等の高価な資材を必要としたりするため改善が望まれている。そこで、細菌表面には種々の糖鎖が存在することに着目し、ナノ構造体である樹状高分子PAMAMデンドリマーの表面にフェニルボロン酸を修飾し、グラム陽性菌選択的な細菌認識に成功し、その機構を明らかにした。ボロン酸による細菌認識メカニズムは世界的にも詳細な報告がほとんど存在しないため、メカニズム解明は新しい細菌識別法として新しい方法論を与えたと言える。