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生物工程師發現新的抗生素候選物

來源 : 亞洲健康互聯海外中心
update : 2018/08/27
麻省理工學院的研究人員發現,通常由胃部細胞分泌的肽,具有以前未知的抗菌活性。 圖片來源:Ella Maru Studio

人體產生許多抗菌肽,幫助免疫系統抵禦感染。科學家們希望利用這些肽作為潛在的抗生素,現在已經發現人體內的其他多肽也具有強大的抗菌作用,擴大了新的抗生素候選物庫。

在這項新研究中,麻省理工學院和那不勒斯費德里科二世大學的研究人員,發現蛋白質胃蛋白酶原(一種用於消化胃中食物的酶)的片段,可以殺死沙門氏菌和大腸桿菌等細菌。

研究人員認為透過修飾這些肽以增強其抗菌活性,他們或許能夠開發出可用作抗藥物抗生素的合成肽。

該論文的高級作者之一,麻省理工學院博士後和Areces基金會研究員Cesar de la Fuente-Nunez說道,這些肽確實構成了一個很好的工程模板。現在的想法是使用合成生物學,進一步修改它們並使它們更為有效。

820日出版的ACS合成生物學雜誌上的其他麻省理工學院作者,分別為Timothy Lu,他是電氣工程和電腦科學與生物工程副教授,以及Marcelo Der Torossian Torres

發現新功能
在幾乎所有生物體中都存在的抗菌肽可以殺死許多微生物,但它們通常不夠強大,不能單獨作為抗生素藥物。包括de la Fuente-NunezLu在內的許多科學家,一直在研究如何製造更有效的這些多肽,以期找到新的武器來對抗日益嚴重的耐抗生素細菌引起的問題。

在這項研究中,研究人員想要探索在人體中發現的其他蛋白質,在先前已知的抗菌肽之外,是否也能夠殺死細菌。為此,他們開發了一種搜索演算法,該演算法分析人類蛋白質序列的數據庫,以尋找與已知抗微生物肽的相似性。

de la Fuente-Nunez說:「這是一種非常容易找到以前未開發過的肽的數據挖掘方法。我們知道的模式與經典的抗菌肽有關,搜索引擎會透過數據庫查找與我們所知類似的細胞構成殺死細菌的肽。」

在近2,000種人類蛋白質的篩選中,該演算法鑑定出約800種具有可能的抗微生物活性。在ACS合成生物學論文中,研究小組專注於肽類胃蛋白酶原,其作用是分解食物中的蛋白質。胃蛋白酶原由胃中的細胞分泌後,胃中的鹽酸與胃蛋白酶原混合,將其轉化為胃蛋白酶A,消化蛋白質,並轉化為其他幾種小片段。

一旦研究人員確定了那些候選者,他們就會對實驗室培養的細菌進行測試,發現它們可以殺死各種微生物,包括食源性病原體,如沙門氏菌和大腸桿菌,以及其他微生物,包括銅綠假單胞菌。感染囊性纖維化患者的肺部。在與胃的酸性pH相似的酸性pH和中性pH下觀察到這種效果。

「人類的胃受到許多致病細菌的攻擊,因此我們有一種主機防禦機制,可以保護自己免受這種攻擊,」de la Fuente-Nunez說。

更有效的藥物
研究人員還測試了三種胃蛋白酶原片段對小鼠銅綠假單胞菌皮膚感染,並發現這些肽顯著減少了感染。肽殺死細菌的確切機制尚不清楚,但研究人員的假設是它們的正電荷,允許肽與帶負電荷的細菌膜結合在其中戳孔,這種機制類似於其他抗菌肽。

加州理工學院生物學和地球生物學教授Dianne Newman說,由於細菌對常規抗生素的抵抗力越來越強,因此迫切需要在藥物開發方面進行創新。

研究人員現在希望修改這些肽以使它們更有效,以便用作抗生素。

de la Fuente-Nunez說:「我們有所有這些分子的圖譜,下一步是證明它們中的每一種是否真的具有抗菌性能,以及它們是否都可以作為一種新型抗菌劑開發。」