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为解决氨基糖苷类抗生素（AGAs）酶介导耐药问题，研究人员开展阿贝卡星（ABK）与其他 AGAs 抑制细菌蛋白合成的研究。通过体内外实验及冷冻电镜结构解析，发现 ABK 抑菌效力更强，为设计新型抗生素提供依据。
在细菌感染的治疗领域，抗生素的效力与耐药性一直是备受关注的焦点。氨基糖苷类抗生素（AGAs）作为一类重要的抗菌药物，通过抑制细菌核糖体的功能来阻断蛋白质合成，然而，由 AGAs 修饰酶（AMEs）介导的耐药性问题却严重限制了它们的临床应用。如何克服耐药性、提升抗生素的抑菌效力，成为亟待解决的科学难题。在此背景下，来自瑞典乌普萨拉大学（Uppsala University）的研究人员开展了一项关于阿贝卡星（Arbekacin，ABK）的深入研究，相关成果发表在《Scientific Reports》上，为破解 AGAs 耐药困局提供了新的思路。
研究人员采用了多种关键技术方法来探索 ABK 的作用机制。首先通过标准肉汤微量稀释法（BMD）测定最低抑菌浓度（MIC50），评估 ABK 与其他 AGAs 的抑菌活性。其次利用基于芘标记 mRNA 的 translocation 实验和基于 BODIPY 荧光标记的肽释放实验，结合停流技术（stopped-flow），从动力学角度分析 AGAs 对核糖体转位（translocation）和翻译终止（termination）的抑制作用。此外，通过冷冻电镜（cryo-EM）技术解析了 ABK 结合核糖体的高分辨率结构，揭示其与核糖体相互作用的分子机制。
半合成 AGAs 显示出更低的 MIC 值
研究人员比较了 ABK、阿米卡星（AMK）、地贝卡星（DBK）和卡那霉素（KAN）对大肠杆菌 MG1655 的 MIC 值。结果显示，KAN（≥8 μg/mL）和 DBK（≥6 μg/mL）的 MIC 值较高，而 ABK（~1 μg/mL）和 AMK（~1 μg/mL）的 MIC 值显著更低，表明 ABK 和 AMK 对细菌生长的抑制效力更强，这可能源于它们对核糖体结合位点的更高亲和力。
AHB 修饰的 AGAs 对 EF-G 催化的 tRNA 转位抑制效果更强
在基于芘标记 mRNA 的转位实验中，研究人员发现 ABK 和 AMK 的抑制常数（KI）比经典 AGAs（如 DBK、KAN）低约 50%，表明它们与转位前核糖体的亲和力至少高出两倍。同时，ABK 和 AMK 在核糖体上的停留时间（dwell time）显著更长，在 5 μM EF-G 浓度下，ABK 和 AMK 的平均停留时间分别为 19.7±1.6 s 和 20.3±2.2 s，远高于经典 AGAs 的 6.5-9.8 s，说明 AHB 基团的存在增强了 AGAs 与核糖体的结合稳定性。
ABK 和 AMK 对 RF 介导的肽释放抑制作用显著
在翻译终止实验中，经典 AGAs 如 KAN 和 DBK 对肽释放速率（kobs）无明显抑制作用，而 ABK 和 AMK 则使 kobs分别降至 0.53±0.09 s-1和 0.45±0.05 s-1，较无 AGAs 时降低了 10 倍以上，表明 ABK 和 AMK 对翻译终止过程具有更强的抑制能力，进一步体现了它们在抑制细菌蛋白合成中的高效性。
ABK 与核糖体结合的冷冻电镜结构解析
研究人员解析了 ABK 结合大肠杆菌 70S 核糖体的 3.1? 分辨率冷冻电镜结构（PDB:9MKK）。结构显示，ABK 通过其独特的 3 - 氨基 - 2 - 羟基丁酸（AHB）基团与 16S rRNA 的 h44 区域核苷酸（如 U1495、C1496、U1498）形成额外的相互作用，稳定了其在核糖体上的结合位点。与其他 AGAs 相比，ABK 的 R-III 环与 G1405、C1407、G1497 等碱基的相互作用更为广泛，这可能是其亲和力更高、停留时间更长的分子基础。
综合研究结果表明，ABK 通过 AHB 基团与核糖体 rRNA 的特异性相互作用，增强了与核糖体的结合稳定性，延长了在核糖体上的停留时间，从而更有效地抑制细菌蛋白合成的转位和终止过程。这种结构 - 功能特性不仅使 ABK 能够规避 AMEs 的修饰，还赋予其更强的抑菌效力，为开发新型抗耐药菌抗生素提供了明确的分子靶点和设计策略。该研究通过多维度的实验手段，系统揭示了 ABK 高效抑菌的机制，为应对细菌耐药性挑战、推动新型抗菌药物的研发奠定了重要基础。
