Рибофлавин-5'-фосфат (FMN) образуется фосфорилированием в рибофлавине 5'-положении рибитильной боковой цепи и требуется всем флавопротеинам для многочисленных клеточных процессов для генерации энергии. Он также играет роль витамина для некоторых функций в организме человека1. FMN примерно в 200 раз более растворим в воде, чем рибофлавин2.
Антибактериальная фотодинамическая инактивация (aPDI) бактерий является эффективным способом контроля устойчивости к бактериям 3,4, поскольку она не зависит от режима бактериальной резистентности. Клинически aPDI используется для лечения инфекций мягких тканей с целью уменьшения инфекции внутрибольничной кожи из-за мультирезистентных бактерий 5,6,7,8,9. aPDI также производит гибель клеток, генерируя активные формы кислорода (АФК). АФК, такие как супероксидные радикалы (
), синглетный кислород, гидроксильные радикалы (•OH) и пероксиловые радикалы, представляют собой свободные радикалы или молекулы, которые содержат реакционноспособный кислород 10,11,12 и обычно являются реакционноспособными 13. Подобно повреждению ДНК, вызванному АФК, перекисное окисление мембраны и разрушение эндотелиальных клеток также являются неблагоприятными биохимическими реакциями, которые приписываются АФК в клетках12.
Использование aPDI для патогенных бактерий включает видимый или ультрафиолетовый источник света для инактивации микроорганизмов в присутствии химических соединений, таких как хлорид метилтиониния14, конъюгат PEI-ce6 15, порфирин16, диоксид титана17, толуидиновый синий O18 и наночастицы оксида цинка19. Толуидиновый синий O и метиленовый синий являются фенотиазиновыми красителями, а метиленовый синий обладает токсичными свойствами. Наночастицы оксида цинка и УФ-облучение связаны с неблагоприятным воздействием на здоровье и окружающую среду. Таким образом, использование надежного, безопасного и простого фотосенсибилизатора посредством фотолиза при видимом облучении заслуживает дальнейшего изучения.
Микроэлемент, рибофлавин или FMN, не токсичен и действительно используется для производства пищевых продуктов или кормления20. Как FMN, так и рибофлавин очень чувствительны к световому облучению2. ПриУФ-излучении 1,2,21,22,23 и облучении синим светом10,24 эти два соединения достигают возбужденного состояния. Активированный рибофлавин или FMN, который производится фотолизом, переходит в триплетное состояние, и АФК генерируются одновременно 2,25. Kumar et al. сообщили, что рибофлавин, активированный ультрафиолетовым светом, избирательно вызывает повышенное повреждение гуанинового фрагмента ДНК у патогенных микроорганизмов26. При облучении ультрафиолетовым светом фотодинамически активированный рибофлавин, как показано, способствует генерации 8-OH-dG, который является биомаркером окислительного стресса, в двухцепочечной ДНК27. Сообщается, что S. aureus и E. coli деактивируются АФК при фотолизе рибофлавина или FMN 10,24,28. Предыдущее исследование авторов показало, что фотолитические реакции с участием рибофлавина и FMN уменьшают кристаллический фиолетовый, триарилметанный краситель и антибактериальное средство, которое
генерирует, и устраняют большую часть антимикробной способности кристаллической фиалки28. Когда флавинадениндинуклеотид или FMN облучают синим светом, полученные АФК продуцируют апоптоз в клетках HeLa для их отравления in vitro29. Используя фотохимическую обработку в присутствии рибофлавина, Cui et al. инактивировали лимфоциты путем ингибирования их пролиферации и выработки цитокинов30.
Фотолиз рибофлавина применяют для инактивации возбудителя крови УФ10,24, но компоненты крови могут быть нарушены при УФ-облучении30. Также сообщается, что тромбоциты, подвергшиеся воздействию ультрафиолета, постепенно повышают эффективность маркеров активации P-селектина и LIMP-CD63 на их мембранах. Необходимо исследовать цитотоксичность УФ-излучения и высокоинтенсивного облучения, и фотосенсибилизатор, который является несложным и безопасным во время фотореакции FMN с участием видимого света, будет очень полезен.
Свет более коротких длин волн имеет больше энергии и гораздо чаще вызывает серьезные повреждения клеток. Однако при наличии подходящего фотосенсибилизатора облучение низкоинтенсивным фиолетовым светом может подавлять патогенные микроорганизмы. Таким образом, фотосенсибилизация и генерация
FMN при облучении фиолетовым светом важны для изучения, чтобы определить путь, по которому АФК от фотолиза FMN увеличивает инактивацию бактерий.
Борьба с противомикробными препаратами является общей проблемой, и разработка новых антибиотиков часто занимает десятилетия. После облучения фиолетовым светом фотоинактивация, опосредованная FMN, может уничтожить патогенные бактерии окружающей среды. В этом исследовании представлен эффективный антимикробный протокол in vitro с использованием фиолетового света для стимулирования фотолиза FMN и, таким образом, генерации
для aPDI. Микробная жизнеспособность S. aureus используется для определения осуществимости FMN-индуцированного aPDI.