《Nature Microbiology》魔术贴结合抗生素的新方式对付细菌

通过组装成大的结构，抗生素plectasin锁定在细菌细胞表面的目标上。这与维可牢尼龙搭扣的两边形成键的方式类似。

　　

研究人员发现了一种新的抗菌机制，一种从真菌中提取的抗生素。该研究表明，plectasin形成了类似魔术贴的结构，可以捕获关键的细菌成分，防止它们逃逸并提高药物有效性。这一机制可以指导开发新的抗生素来对抗抗菌素耐药性。

Plectasin是一种小型抗生素，它使用一种创新的机制来杀死细菌。它组装形成一个大的结构，锁住细菌细胞表面的目标，就像魔术贴的两面形成一个键一样。

一个研究小组绘制了魔术贴Velcro扣结构是如何形成的。他们的发现揭示了一种新的方法，可能对对抗抗菌素耐药性的抗生素的开发具有广泛的影响。这项研究今天(5月23日)发表在科学杂志《Nature Microbiology》上，由乌得勒支大学的结构生物学家Markus Weingarth和生物化学家Eefjan Breukink领导。

创新研究技术

研究小组深入研究了从真菌Pseudoplectania nigrella中提取的抗生素plectasin的工作原理。科学家们采用了先进的生物物理技术，包括固态核磁共振，以及与格罗宁根的Wouter Roos合作的原子力显微镜。

传统上，抗生素的作用是针对细菌细胞内的特定分子。然而，plectasin作用背后的机制直到现在才被完全理解。先前的研究提出了一种传统的模型，在这种模型中，蛭形蛋白与一种叫做脂质II的分子结合，这种分子对细菌细胞壁的合成至关重要，就像一把钥匙可以锁住一把锁。

类魔术贴结构的抗菌作用

新的研究揭示了一个更复杂的过程。Plectasin不只是一把锁上的钥匙;相反，它在含有脂质II的细菌膜上形成致密的结构。这些超分子复合物捕获目标脂质II，防止其逃逸。即使一个脂质II脱离了粘滞蛋白，它仍然被包含在魔术贴结构中，无法逃脱。

Weingarth将这种结构与Velcro扣进行了比较，Velcro扣形成了附着在细菌“环”上的微小钩子。在普通的魔术贴中，如果其中一个环从钩子上断开，它仍然被整个结构困住。同样的道理也适用于被困在plectasin上层结构中的细菌:它们可以从plectasin的结合中挣脱出来，但仍然被困在上层结构中。这可以防止细菌逃逸并引起进一步的感染。

钙离子在抗菌药物疗效中的作用

此外，研究人员发现，钙离子的存在进一步增强了plectasin的抗菌活性。这些离子与菌素的特定区域协调，引起结构变化，显著提高抗菌效果。该研究的共同第一作者、博士生Shehrazade Miranda Jekhmane和Maik Derks发现，离子在兴奋素的作用中起着至关重要的作用。他们意识到plectasin样品有一种特殊的颜色，这暗示着离子的存在。

对未来抗生素发展的影响

该研究的主要作者Markus Weingarth预计，这一发现将为开发优质抗生素开辟新的途径。“出于安全考虑，Plectasin可能不是理想的候选抗生素。然而，在我们的研究中，我们表明“魔术贴机制”似乎在抗生素中广泛使用，迄今为止被忽视。因此，未来的药物设计工作不仅需要关注如何结合靶标，还需要关注药物如何有效地自组装。因此，我们的研究弥补了一个重大的知识差距，这可能对设计更好的药物来对抗日益严重的抗菌素耐药性威胁具有广泛的影响。”

参考文献:“Host defense peptide plectasin targets bacterial cell wall precursor Lipid II by a calcium-sensitive supramolecular mechanism” 23 May 2024, Nature Microbiology.
DOI: 10.1038/s41564-024-01696-9