纳米级“探针”s-SNOM：解锁噬菌体化学密码

PEV31与PEV20噬菌体的结构与组成差异

此项研究结合先进成像与纳米光谱技术，分析了PEV31和PEV20噬菌体的结构与组成差异。TEM成像显示PEV31具有65纳米直径的二十面体衣壳和10纳米长的短非收缩尾，而AFM成像进一步确认了其完整性。Nano-FTIR光谱揭示PEV31衣壳富含核酸和蛋白质，在1720 cm⁻¹、1660 cm⁻¹和1550 cm⁻¹处有特征峰。相比之下，PEV20具有相似大小的衣壳，但尾部较长且可收缩（120–125纳米）。Nano-FTIR光谱显示PEV20在1650 cm⁻¹和1550 cm⁻¹处有显著峰值，且衣壳区域核酸信号强烈。光谱分析的一致性验证了核酸和蛋白质的存在，并突出了nano-FTIR在解析纳米尺度生化异质性方面的能力。

噬菌体中蛋白质和核酸的空间分布及应用

噬菌体衣壳由包裹遗传物质的蛋白质胶囊组成。PEV20和PEV31的衣壳由主要衣壳蛋白构成，其稳定性通过静电相互作用维持。先前研究虽能提供离散位置的化学信息，但未能解析整个噬菌体结构中蛋白质和核酸的空间分布。本研究通过nano-FTIR化学图谱技术，在特定波数下采集了PEV31和PEV20的化学图谱，揭示了蛋白质和核酸的空间分布。结果表明，PEV31和PEV20的衣壳中均存在复杂的蛋白质二级结构，且核酸被紧密包裹。这些发现不仅增强了对噬菌体结构的理解，还展示了nano-FTIR在噬菌体研究中的潜力，包括研究蛋白质构象、细菌防御机制以及开发更有效的噬菌体疗法，特别是在对抗耐药菌株方面。

局限性

nano-FTIR在纳米尺度化学分析中虽有效，但应用于生物样品（如噬菌体）时存在局限性，包括样品干燥可能破坏其天然状态、空间分辨率对解析微小特征不足、信号弱降低检测准确性、光谱峰重叠导致特征区分困难，以及扫描探针可能损坏样品。为增强nano-FTIR在噬菌体研究中的实用性，需结合互补方法，如生物学测定、高分辨率成像技术（如TEM）和基因组测序，以提供更全面的噬菌体生物学信息。

结论

传统技术由于空间分辨率不足，往往难以检测和分析噬菌体中富含蛋白质的结构。此项研究采用nano-FTIR的方法克服了这一局限，能够在不改变噬菌体自然特性的情况下，揭示并精准定位噬菌体独特的化学特征。噬菌斑测定可以评估具有感染活性的噬菌体，但会忽略那些无感染活性的噬菌体；而透射电子显微镜（TEM）虽能提供结构信息，却无法捕捉生化变化。Nano-FTIR为噬菌体的全面分析提供了一种新方法，能够在纳米尺度上进行精确的化学分析，这是传统成像技术所缺乏的。

参考文献：

1.       Cao Y, Khanal D, Cernescu A, Chan HK. Chemical fingerprint of bacteriophages by infrared nano-spectroscopy. Anal Chim Acta. 2025 Jun 15;1355:344026. doi: 10.1016/j.aca.2025.344026. Epub 2025 Apr 4. PMID: 40274323.