1928年，亚历山大·弗莱明偶然发现青霉素，这一发现彻底改变了医学，将曾经致命的感染变为可治愈的小病。然而，近一个世纪后，这一奇迹正在瓦解。随着抗生素耐药性（AMR）的传播，微生物正在反击——变得更加强大、更加聪明，也越来越难以治疗。
为了治疗细菌感染，医疗专业人员会开具抗生素。但并非所有活性药物都会被身体使用，其中一些最终会进入废水，在那里抗微生物耐药菌可以发展起来。许多现代医疗程序——手术、化疗、器官移植，甚至分娩——都依赖有效的抗生素来预防或治疗感染。如果没有这些抗生素，这些程序将变得危险甚至不可能进行。这就是为什么我们需要一种新型的抗生素方法。
为了对抗AMR，光药理学寻求通过将光笼（PPGs）或分子光开关引入药物结构中来开发光激活抗菌剂。这些光响应系统使药物仅在感染部位被精确、非侵入地激活，从而最小化环境暴露。虽然光开关可以通过光或热回切换实现可逆性，但光笼抗生素在照射时释放出完全活性的原生药物，恢复其全部抗菌效果。
在《ACS Central Science》杂志上发表的一项题为“用于光依赖性空间控制细菌生长、生物膜形成和体内感染治疗的绿色光激活青霉素”的研究中，研究人员首次开发并应用了一种绿色光激活的青霉素变体（Penicillin-PPG）。
“用光控制药物活性将允许对局部感染进行精确和安全的治疗，”该研究的通讯作者之一、来自格罗宁根大学的Wiktor Szymanski博士说。“此外，光有不同的颜色，这使我们能够将药物活性的空间控制提升到一个新的水平。”
光敏分子可以添加到药物化合物中，使其在需要之前保持不活跃状态。本质上，当光敏分子附着时，功能基团（如药物）被“笼住”，不能参与反应。当光线照射到修饰后的化合物时，它会触发额外分子的断裂，释放出活性药物，这个过程称为光解。一旦目标基团被释放，它就可以自由地相互作用或反应。
这项研究受到先前光反应标签的启发，例如添加到阿片类逆转剂纳洛酮中的香豆素，需要高能量的紫外线或蓝光来启动过程。然而，由其他香豆素化合物组成的分子标签可以通过绿色光（一种较弱的光）释放，因此团队着手开发基于香豆素的修饰，以创建光激活抗生素。
在将基于香豆素的分子连接到青霉素靶向细菌细胞壁的部分（使抗生素处于惰性状态）后，研究人员将该分子暴露在绿色光下。这会引起化学重排，打破键并激活青霉素。
该团队展示了Penicillin-PPG在黑暗中没有抗菌活性，以及能够空间控制细菌生长的能力。初步实验中，将修改后的青霉素暴露于绿色光显著抑制了大肠杆菌菌落的形成和表皮葡萄球菌生物膜的发展。接下来，研究人员用注射修改后的青霉素并进行绿色光疗的方法治疗金黄色葡萄球菌感染的蜡蛾幼虫，这些幼虫具有类似人类的免疫防御机制。经过治疗的幼虫生存率（60%）比未处理的感染幼虫（30%）有所提高。
研究人员补充说，这些结果对未来的工作很有希望，可能会扩展到多个光束和不同颜色的光，以控制较大生物体（包括人类）中的抗生素活性。
通过应用于抗菌药物，或许可以通过光照射精确、非侵入且在体内特定区域调节生物活性。这可能带来几个优势，例如更好地控制所需药物浓度。此外，这可以避免抗菌药物对肠道微生物组的胃肠副作用，并减少环境中活性抗菌药物的积累和随后出现的AMR。
随着抗生素时代的摇摇欲坠，光响应抗菌剂提供了一个强大的新视角，通过精确、局部控制感染，为抵抗耐药性的未来带来了希望。
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