由甲型流感病毒(InfluenzaAvirus,IAV)、新型冠状病毒(Severe acute respiratory syndrome coronavirus 2,SARS-CoV-2)等囊膜病毒引起的传染病不断暴发,给动物和人类的生命健康造成巨大威胁。在生鲜农产品的运输中,冷链物流的作用越来越突出,但低温环境为病毒的生存提供了适宜的selleck条件,而目前的常规化学消毒剂在低温下的杀毒效果不佳。因此,冷链物流为病毒的传播带来潜在的风险,亟需开发出在低温下具有抗病毒效果的新型消毒剂。纳米酶是一类具有类酶催化活性的无机纳米材料。虽然,与天然酶相比,传统纳米酶具有较低的成本和较高的稳定性,但是其类酶催化活性仍然有限。为了提高纳米酶的催化活性,研究者们将催化中心的尺寸降低至原子级别,研制出单原子纳米酶(Single-atomnanozymes,SAzymes)。近年来,SAzymes因其高Cattle breeding genetics原子利用效率以及高催化活性,广泛运用于生物医药领域。本研究提出了一种具有耐低温、高效、广谱抗病毒特性的铁单原子纳米酶(FeN4P2-SAzyme),对阻断重大传染病病原微生物经冷链传播具有重要意义。1.铁单原子纳米酶的制备及冷链条件下类酶催化活性的评价为了提高纳米酶的催化效率,本研究制备了铁单原子纳米酶(命名为FeN4P2-SAzymes),并测定了其物理表征和类酶催化活性。电镜结果显示,FeN4P2-SAzymes为球形中空结构,单个Fe原子在表面分散。同时,能量色散X射线光谱结果显示,FeN4P2-SAzymes仅含Fe、C、N和P四种元素,无其它元素的掺杂。此外,类酶催化活性结果显示,冷链条件(4℃和-20℃)下,FeN4P2-SAzymes具有包括类氧化物酶(Oxidase,OXD)、类过氧化物酶(Peroxidase,POD)和类过氧化氢酶(Catalase,CAT)催化活性,且与常温(25℃)下的类酶催化活性无明显差异。以上结果表明,FeN4P2-SAzymes符合单原子纳米酶的物理表征且在冷链条件下仍具有多酶催化活性。2.冷链条件下铁单原子纳米酶广谱抗囊膜病毒特性的评价及应用为了探究铁单原子纳米酶(FeN4P2-SAzymes)广谱抗囊膜病毒的特性及其应用,本研究测定了 FeN4P2-SAzymes在低温下对多种囊膜病毒和非囊膜病毒的灭活作用,评价了经其作用后的IAV在体内外的毒力以及在冷链运输外包装和个人防护装备中的运用。结果显示,FeN4P2-SAzymes可以在低温下灭活多种囊膜病毒,包括禽冠状病毒(IBV)、猪冠状病毒(PEDV、TGEV、PDCoV)、以及其它囊膜病毒(各个亚型IAV、NDV、VSV),并呈剂量依赖性地显著降低病毒的滴度,但对非囊膜病毒(Adv、PCV-2)无显著影响。同时,体外细胞凋亡测定试验结果显示,与单独IAV感染组相比,经FeN4P2-SAzymes处理后的IAV可以显著降低感染细胞的凋亡水平;体内小鼠致病性试验显示,单独IAV感染组全部死亡,FeN4P2-SAzymes处理组的小鼠存活率达100%,且肺脏无明显病变,肺部炎症因子(IL-6、IP-10)无显著增加;0.8 mg/cm2 FeN4P2-SAzymes能在2h内将冷链外包装上(-20℃)的病毒完全灭活,并在低温下(4℃)能15 min内灭活防护服上的IAV。以上结果表明,FeN4P2-SAzymes具有耐低温、广谱抗囊膜病毒的特性,具有应用于冷链外包装及个人防护装备中的潜力。3.铁单原子纳米酶灭活囊膜病毒的机制研究为了探究铁单原子纳米酶(FeN4P2-SAzymes)抗囊膜病毒的机制,本研究评价了FeN4P2-SAzymes诱导病毒脂质囊膜的脂质过氧化水平,以及对病毒蛋白结构和功能的影响。结果显示,几种天然蛋白酶,如脂氧化酶、辣根过氧化物酶(Horseradish peroxidase,HRP)和过氧化氢酶(Catalase,CAT)中,只有天然的脂氧化酶可以降低IAV的病毒滴度。FeN4P2-SAzymes与人工脂质体共同孵育后,与未处理组相比,FeN4P2-SAzymes可以显著提高丙二醛(Malondialdehyde,MDA)水平,且与单独病毒组相比,FeN4P2-SAzymes能够剂量依赖性提高MDA含量。进一步研究发现,FeN4P2-SAzymes作用后,能够降解IAV表面的血凝素蛋白(Hemagglutinin,HA)和神经氨酸酶蛋白(Neuraminidase,NA)且FeN4P2-SAzymes降解IAV的HA蛋白依赖脂质体的存在,显著降低了病毒凝集红细胞的能力和NA活性水平,显著提高了羟基自由基(Hydroxyl radAlisertib核磁icals,·OH)水平。另外,与单独病毒组相比,FeN4P2-SAzymes作用后,能够显著降低IAV入侵细胞的能力,从而级联影响了 IAV后续的感染,使得IAV丧失了感染能力。综上所述,在冷链温度下铁单原子纳米酶(FeN4P2-SAzymes)能够模拟氧化物酶(OXD)活性催化灭活多种囊膜病毒,包括多种流感病毒、冠状病毒等,主要通过催化病毒脂质囊膜发生脂质过氧化,进而诱导产生羟基自由基(·OH),破坏囊膜邻近蛋白的结构与功能,使病毒丧失感染能力,最终导致病毒灭活。