化学修饰细菌表面结构是生物医学领域的前沿研究方向，目前主要依赖于代谢标记。然而，这种方法可能涉及到令人生畏的前体合成，而且只能标记新生的表面结构。本文报道了一种简单快速的基于酪氨酸酶催化氧化偶联反应介导的细菌表面修饰策略。该策略利用苯酚标记小分子和酪氨酸酶对革兰氏阳性菌细胞壁进行直接化学修饰，标记效率高，而革兰氏阴性菌由于外膜的阻碍，对这种修饰没有反应。利用生物素-亲和素体系，进一步实现了光敏剂、磁性纳米颗粒、辣根过氧化物酶等多种材料在革兰氏阳性菌表面的选择性沉积，实现了菌株的纯化、分离富集和肉眼检测。

  细菌表面工程是操纵细菌表面结构/成分的生物技术，在生物传感、生物催化、癌症治疗、疫苗学等各种各样的环境中都有应用。基因细胞表面展示是该领域中最早和完善的技术之一。工作原理是在遗传水平上将外源蛋白或多肽与位于细菌包膜上的载体蛋白融合，使细胞表面能够表达合理设计的重组蛋白。然而，基因操作在技术上有很高的要求，而且缺乏操纵其他非蛋白质生物分子(如糖和脂类)或用合成材料使细菌功能化的能力。基于这些原因，研究人员努力开发一系列基于物理改性的替代方法，包括静电吸附、脂包封、和疏水锚定，这些策略被设计为更方便和可操作的工具，尽管以一种不太可控的方式在细菌细胞表面沉积不同的功能材料。操作的简易性保证了它们的广泛应用，但大多数物理改性策略遇到的主要缺点是附着材料从细胞表面快速分离，这大大阻碍了它们在需要长期细胞表面修饰的情况下的应用。

  近年来，细菌的化学表面展示作为一种结合了其遗传良好的可控性和物理修饰的普遍适用性的优越方法。一种成熟的技术是代谢标记，通过这种技术，细胞固有的生物合成机制可以利用含有荧光团或化学处理(例如，生物正交基团)的非自然代谢前体，从而使生物分子共价功能化。这种策略不仅能精确控制蛋白质，还能精确控制细菌包膜中的糖脂和肽聚糖。另一类标记技术将外源性装饰材料直接与细胞表面定位生物分子的一些原生活性基团(如胺和硫醇)结合，并方便、快速和普遍地修饰活细胞表面，而不管细胞的代谢活性如何。要达到这一目的，需要与生理环境相容、对细胞生存温和且速度尽可能快的适当化学反应，但目前可用的候选反应仍然非常罕见，只有少数例子。其中应用最广泛的是NHS与伯胺的反应，但仍存在NHS酯水解不顺利等局限性。此外，大多数已建立的技术都是针对哺乳动物细胞而不是细菌设计的。因此，开发细菌表面修饰的直接生物偶联方法具有巨大的实用价值和科学价值。

  在细胞生物学中，酪氨酸酶是黑素体中的一种内源性酶，能够催化酪氨酸氧化成多巴醌，然后经过分子内环化和聚合形成黑色素。这一生物过程的基本原理在于酪氨酸酶能够在温和的环境条件下，以溶解氧为唯一氧化剂，将酚或儿茶酚转化为邻醌。近年来，研究人员利用酪氨酸酶的优势特性，并考虑到邻醌类的高反应性，将酪氨酸酶介导的氧化偶联反应(TyOCRs)扩展到材料科学中，特别是聚合物、蛋白和纳米颗粒的修饰。本研究首次提出了TyOCRs可以应用于活细菌细胞的化学修饰。用酚基团标记的化学报告蛋白(即荧光团和生物素)可以在酪氨酸酶存在的情况下，以高修饰效率偶联到革兰氏阳性菌细胞壁的主要成分磷壁酸上。这种策略不适用于革兰氏阴性菌，革兰氏阴性菌的细胞壁结构中通常缺乏磷壁酸，外膜渗透性较差。得益于优异的特异性，本文展示了一系列的革兰氏阳性菌功能化的技术实例，用于荧光成像、光动力杀菌、磁分选和肉眼可视化检测。这种酪氨酸酶催化的细菌修饰技术有望丰富细胞表面修饰方法，并在各种生物医学领域有广阔的应用前景。

  参考文献：Haoran Jia, Yaxuan Zhu, Yi Liu, Yuxin Guo, Sayed Mir Sayed, Xiaoyu Zhu, Xiaotong Cheng, Fugen Wu. Direct chemical editing of Gram-positive bacterial cell walls via an enzyme-catalyzed oxidative coupling reaction. Exploration. (2022) DOI: doi.org/10.1002/EXP.20220010