在 9 月 17 日的文章里,DT 君向大家展示了
细菌如何在 10 天内攻克 1000 倍浓度的抗生素。
虽然在实际的治疗中,多种抗生素联用的方法让细菌耐药性产生的难度大大加强,但
在过去的 25 年中,人类并没有发现任何新的抗生素种类。可以说,
细菌彻底征服抗生素只是个时间问题
。
英国的抗菌耐药委员会在最近的一项研究中预计,如果人类一直无法开发出新款药物,那么
到 2050 年,具有抗生素耐药性的细菌感染每年将导致 1000 万人死亡。
为了让人类不至于在“超级细菌”面前无药可用,科学家们一直在寻找抗生素的替代品。其中一大热门就是
抗微生物肽
(antimicrobial peptide),这种天然蛋白质不仅可以杀死细菌,而且可以杀死其他微生物,例如病毒和真菌。
在天然肽的基础上,一个汇聚了来自麻省理工学院,巴西利亚大学和英属哥伦比亚大学研究人员的研究团队设计了一种
抗菌肽
,可以有效抑制许多类型的细菌,包括一些能够耐受绝大多数抗生素的“超级细菌”。
“找到对抗抗生素耐药性的解决方案,是我们的主要目标之一。”麻省理工学院博士后凯撒·德拉芬特(Cesar de la Fuenta)说道,“这种肽令人兴奋之处在于,它为治疗这些耐药细菌感染提供了一个新的选择。
根据预测,耐药细菌感染将会成为人类的头号杀手
,每年造成的死亡人数将居所有疾病之首,其中包括了癌症。”
德拉芬特(De la Fuente)是此项研究的负责人,同时也是相关论文的通讯作者,其他作者包括了巴西利亚大学博士后的奥斯玛·席尔瓦(Osmar Silva)和英属哥伦比亚大学博士后伊万·汉尼(Evan Haney),以及麻省理工学院电气工程与计算机科学和生物工程副教授蒂莫西·卢(Timothy Lu)。
此项研究的论文于11月2日发表在了《Scientific Reports》。
抗微生物肽——为消灭细菌而生
作为其免疫防御机制的一部分,
所有活生物体均可产生抗微生物肽
。这种微生物肽可以以几种不同的方式杀死微生物。首先,
他们可以扎破入侵者的细胞膜
。一旦进入细胞内部之后,它们可以破坏几种包括DNA、RNA和蛋白质等在内的细胞靶标。
此外,这些肽还具有将另一项独门绝技,这是传统抗生素完全做不到的——
它们可以对宿主的免疫系统进行“动员”活动,
召唤白细胞
,共同消灭入侵的微生物。
抗微生物肽
基于抗微生物肽极强的灭菌能力,科学家们在数年之前就在这一领域展开了研究,并试图
让这些蛋白分子成为抗生素的替代品
。
德拉芬特表示,在计算机的帮助下,
可以通过
20种不同的氨基酸来
生成产各种‘肽’药物
,以实现各种功能。
除了杀菌能力强之外,抗微生物肽之所以具有非常大的医用潜力,是因为它基本上只会攻击细菌,而很少作用于普通细胞(即副作用会很低),
这种非常高的攻击选择性主要来自于以下原因
。
首先,抗微生物肽具有
两张“脸孔”
——一张带有正电,一张具有疏水性。
其次,细菌细胞膜与动植物细胞膜的构成上存在较大的差异,这导致了抗微生物肽与这两个目标之间的吸引力完全不同,而吸引力的不同则决定了攻击的选择性。
为什么呢?先说
细菌细胞膜,其富含酸性磷脂,这些磷脂都带有电负性非常强的官能团, 因此,对于
正电性的抗微生物肽而言,
这些“裸露”在外的电负性位置具有非常大的静电引力。
抗微生物肽高细菌选择性的原理说明
此外,细菌细胞膜上的电中性部分通常具有两性电子性(Zwitterionic)——这将会吸引到抗微生物肽疏水性的那张“脸孔”。
而相比之下,动植物的细胞膜在通常情况下电负性极低,因为带着负电的功能团通常都朝着细胞内部。尽管一些哺乳动物的细胞膜同样具有两性电子性,但由于疏水性-两性电子性的结合能力远低于静电引力。