《Nature:发现一类具有独特作用机制的新型抗生素》

  • 来源专题:生物安全知识资源中心 | 领域情报网
  • 编译者: hujm
  • 发布时间:2019-12-23
  • 许多威胁生命的细菌对现有抗生素的抵抗力日益增强。如今,在一项新的研究中,来自瑞士苏黎世大学和Polyphor公司(Polyphor AG)的研究人员发现一类具有独特活性和作用机制的新型抗生素:嵌合拟肽类抗生素(chimeric peptidomimetic antibiotics),这是对抗抗菌素耐药性(antimicrobial resistance)的重要一步。通过破坏外膜合成,这类抗生素有效地杀死革兰氏阴性细菌。相关研究结果近期发表在Nature期刊上,论文标题为“Chimeric peptidomimetic antibiotics against Gram-negative bacteria”。

    抗菌素耐药性的快速出现是全球关注的问题。根据世界卫生组织(WHO)的说法,尤其是对碳青霉烯和头孢菌素类抗生素产生耐药性的革兰氏阴性细菌,如鲍曼不动杆菌、铜绿假单胞菌和肠杆菌,对人类健康构成了越来越大的威胁。这些细菌性病原体会引起严重的感染,甚至威胁生命。氟喹诺酮类抗生素是针对这些微生物进入市场的最后一类新抗生素,它们的历史可追溯至1960年代。迫切需要具有新的抗革兰氏阴性细菌作用机制的新型抗生素,尤其是因为全球对作为最后治疗手段的抗生素粘菌素的耐药性正在上升。

    一类对抗危险细菌的新型抗生素

    在这项新的研究中,这些研究人员发现并描述了一类新的具有广谱抗革兰氏阴性细菌活性的合成抗生素。论文共同通讯作者、苏黎世大学化学系的John Robinson说:“这类新的抗生素与革兰氏阴性细菌中至关重要的外膜蛋白相互作用。根据我们的结果,这类抗生素会与复杂的称为脂多糖的脂肪样物质结合,并与革兰氏阴性细菌外膜中的必需蛋白BamA结合。”

    通过之前未发现的作用机制破坏外膜合成

    BamA是所谓的?桶折叠复合物(?-barrel folding complex, BAM)的主要成分,而BAM是外膜合成必不可少的。在靶向这种必需的外膜蛋白后,这类抗生素会破坏细菌外膜的完整性,并使细菌细胞破裂。革兰氏阴性细菌的外膜具有重要的功能,可以保护细菌细胞免受有毒性的环境因子(例如抗生素)的破坏。它还负责营养物和信号分子的摄取和输出。Robinson说,“尽管它具有至关重要的意义,但到目前为止,还没有临床抗生素靶向外膜生物发生所需的这种关键蛋白。”

    临床前研究中的先导分子

    这项研究是苏黎世大学与Polyphor公司紧密合作进行的,其中Polyphor公司可追溯到1996年成立的一家苏黎世大学初创公司。这家位于阿尔施维尔的临床阶段生物制药公司如今计划将这类抗生素中的一种化合物进行人体临床试验。论文共同通讯作者、Polyphor公司首席科学官Daniel Obrecht说:“ POL7306是属于这类新型抗生素的第一种先导分子,目前正在临床前开发中。”

  • 原文来源:http://news.bioon.com/article/6748306.html;https://medicalxpress.com/news/2019-10-antibiotics-mechanism-action.html
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    • 编译者:hujm
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    • 在一项新的研究中,来自美国布朗大学、哈佛医学院、埃默里大学和西北大学的研究人员发现一类能够杀死小鼠中的耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(methicillin-resistant Staphylococcus aureus, MRSA)的新型抗生素。这类被称为合成类维生素A抗生素(synthetic retinoid antibiotics)的药物与维生素A属于同一个化合物家族。他们对类维生素A进行化学修饰,使得它们依然能够攻击MRSA,同时将它们的毒性降至最低。相关研究结果于2018年3月28日在线发表在Nature期刊上,论文标题为“A new class of synthetic retinoid antibiotics effective against bacterial persisters”。 论文共同作者、埃默里大学化学家William Wuest在一篇新闻稿中表示,“这类分子削弱细菌的细胞膜,然而人体细胞也有细胞膜。我们找到了一种对这类分子进行调整的方法以至于它们能够选择性地靶向细菌。” 在即将出现的抗生素耐药性危机和多重耐药的“超级细菌”进化的过程中,寻找可用于抵抗它们的新型化合物的任务变得越来越迫切。根据2010年的一项研究(Advanced Drug Delivery Reviews, doi: 10.1016/j.addr.2010.07.003),科学家们已鉴定出4000多种天然的和合成的类维生素A。 Wuest和他的同事们利用一种检测方法测试了82000种合成化合物,从中发现两种分子---CD437和CD1530---通过破坏MRSA的细胞膜中的脂双层来杀死它们。重要的是,这两种化合物不仅能够杀死正在生长中的细胞,而且还能够杀死所谓的“持留菌(persister)”细胞。持留菌细胞指的是变得不活跃并且经常对抗生素产生耐药性的细菌细胞。 论文通信作者、布朗大学分子微生物学家Eleftherios Mylonakis说,“我们对这些化合物发挥功能的方式感到非常乐观。”他补充道,通过对细菌细胞膜进行攻击,这些药物攻击“细菌中非常容易通过药物加以靶向的部分”。 这些研究人员还将CD437与常用的抗生素庆大霉素联合使用,从而地成功治疗感染上MRSA的小鼠。即使经过100天的治疗,这种细菌也不会对这些药物产生耐药性。
  • 《研究发现选择性激动SaClpP的新型抗生素》

    • 来源专题:转基因生物新品种培育
    • 编译者:姜丽华
    • 发布时间:2022-12-07
    •   ClpP是原核和真核生物中高度保守的ATP依赖的丝氨酸水解酶,负责调控蛋白质稳态。生理状态下,ClpP通过与伴侣蛋白(如ClpX形成ClpXP复合体)发挥水解酪蛋白的功能。小分子激动金黄色葡萄球菌ClpP(SaClpP)异常降解关键蛋白质,是抗生素发现的新策略。由于异常激活人源ClpP (HsClpP)可引起线粒体蛋白稳态失调从而产生细胞毒性,因此,理想的靶向性激动SaClpP的抗生素研究必须充分避免对线粒体HsClpP产生干扰。然而,目前尚未见选择性的SaClpP激动剂被报道。11月14日,中国科学院上海药物研究所杨财广课题组在《自然-通讯》(Nature Communications)上,在线发表了题为Anti-infective therapy using species-specific activators of Staphylococcus aureus ClpP的研究论文。   该研究利用高通量筛选发现Wnt信号通路抑制剂ICG-001可激动两种ClpP的酶活。通过对ICG-001进行结构优化,研究实现了一类新骨架ClpP激动剂ZG111通过引起线粒体蛋白稳态失调抗胰腺癌(Cell Chemical Biology, 2022, 29, 1396)。在构效关系研究基础上,研究获得了ZG111的衍生物ZG180,这对两种ClpP的激动活性均显著提高。科研人员在解析ZG180结合SaClpP与HsClpP的复合物晶体以及对比分析SaClpP与HsClpP蛋白序列中发现,ZG180在SaClpP蛋白结合口袋处的91位异亮氨酸与HsClpP的同源位置146位色氨酸在空间上具有较大差异。研究人员基于结构差异进一步开展设计,在ZG180中引入手性的甲基取代,得到(R)-和(S)-ZG197。生化实验表明,(R)-和(S)-ZG197可以选择性结合并激动SaClpP,而对HsClpP无明显激动活性。为此,该研究尝试解释(R)-和(S)-ZG197选择性的作用机制。研究发现,(S)-ZG197对SaClpPI91W突变体的作用减弱,而针对HsClpP的W146A突变则提高了(R)-ZG197的活性;HsClpP中存在着一个较长的C末端基序,而这个序列在SaClpP及其他原核生物的ClpP中缺失。去掉C端的HsClpP后(R)-ZG197的活性提高,而HsClpPW146A及其与C末端基序的联合作用可使(R)-和(S)-ZG197活性增强。   研究在细菌水平上进一步评价两个化合物的抗菌效果发现,(R)-和(S)-ZG197可以有效抑制临床多药耐药菌;体外杀菌实验也证实了(R)-和(S)-ZG197可以在6h内有效清除病原菌;同时,与传统抗生素利福平等联用,可杀死造成慢性感染的持留菌。研究基于斑马鱼和小鼠动物模型发现,(R)-和(S)-ZG197对耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(MRSA)感染斑马鱼有显著的治疗作用,且在小鼠皮肤感染模型上可显著降低皮肤表面的细菌载量,从而有效抑制MRSA感染。   该研究获得了两个选择性作用于SaClpP而不影响HsClpP的小分子激动剂,揭示了实现选择性作用的机制,并从概念上验证了针对两种种属同源性较强的ClpP蛋白可以实现选择性激活。此外,该工作为治疗MRSA感染提供了可能,并推动了新靶点抗生素药物的发现。研究工作得到国家自然科学基金的资助,并获得上海科技大学季泉江课题组、同济大学附属东方医院吴文娟课题组、上海药物所蓝乐夫课题组、复旦大学甘建华课题组,以及上海同步辐射光源、上海公共卫生临床中心、上海药物所先导专项化合物资源库的支持。中国科学院大学杭州高等研究院科研人员参与研究。