离子载体通过抑制真菌分泌水解酶实现抗真菌生长的机制与应用前景

《Biocatalysis and Agricultural Biotechnology》：Suppression of fungal growth by ionophores through inhibition of hydrolases secreted by fungi

本文系统评述了离子载体作为抗真菌剂的新机制：通过抑制真菌分泌的水解酶（如纤维素酶、淀粉酶、蛋白酶）活性，有效阻断真菌营养获取途径。研究结合分子对接（in silico）与实验验证，发现缬氨霉素（valinomycin，IC50 = 0.11–8.99 μM）和莫能菌素（monensin，IC50 = 0.28–10.4 μM）对镰刀菌（Fusarium）、曲霉菌（Aspergillus）等具有显著抑制效果，为食品、农业及医疗领域抗真菌策略提供新思路。

　　

亮点

材料

来自米曲霉（Aspergillus oryzae）的α-淀粉酶、来自黑曲霉（Aspergillus niger）的内切葡聚糖酶、表没食子儿茶素没食子酸酯（epigallocatechin gallate）、D-(+)-麦芽糖一水合物、玉米淀粉和羧甲基纤维素购自德国Sigma Aldrich公司。来自顶头孢霉（Acremonium chrysogenum）的蛋白酶（Protozyme C）由俄罗斯BioPreparat公司提供。缬氨霉素（valinomycin）、莫能菌素（monensin）、3,5-二硝基水杨酸（DNS）和偶氮酪蛋白购自上海麦克林公司。两性霉素B（amphotericin B）由法国Biowest公司提供。

真菌分泌酶与不同离子载体相互作用的计算机模拟

采用分子对接方法对17种选定离子载体与真菌分泌的多种酶之间的相互作用进行了分子建模（图1、S1、S2）。研究对象为内切葡聚糖酶、淀粉酶和蛋白酶相关的酶。每个亚组包含3个在结构上差异显著（即氨基酸序列相似性低于35%）的代表：来自里氏木霉（Trichoderma reesei）、疣孢青霉（Penicillium verruculosum）和Talaromyces属的内切葡聚糖酶……

讨论

在考虑抑制真菌种群生长和代谢活性的各种方法时，一个有前景的选择是抑制其分泌的关键酶活性。本研究将17种具有离子载体特性的不同化合物视为真菌淀粉酶、内切葡聚糖酶和蛋白酶的潜在抑制剂。

离子载体对真菌酶的调节作用可能基于几种潜在机制。第一种机制涉及离子载体与酶活性位点或其附近关键功能基团的直接相互作用，可能导致空间位阻，阻碍底物接近。第二种机制可能与离子载体干扰维持酶正确构象所需的金属离子稳态有关，即使对于活性位点不直接依赖金属离子的酶，其整体结构稳定性也可能受到间接影响。此外，离子载体可能影响真菌的跨膜转运过程，扰乱与酶合成、分泌或调控相关的细胞信号通路。

结论

因此，本研究首次探讨了利用具有离子载体特性的各种化合物作为抗真菌剂的可能性，其作用机制是通过抑制真菌分泌的水解酶活性。通过对离子载体与各种真菌分泌酶相互作用的计算机模拟、研究选定离子载体对水解酶催化特性的影响，以及评估它们对各种丝状真菌的抗真菌功效，结果表明缬氨霉素（K_i = 21–612 μM）和莫能菌素（K_i = 16–492 μM）是有效的真菌酶抑制剂，并对镰刀菌属（Fusarium）、曲霉菌属（Aspergillus）和木霉属（Trichoderma）真菌表现出高度的抗真菌活性。本研究所考虑的离子载体在作为有效的抗真菌剂或抗真菌药物的添加剂方面具有巨大潜力，可应用于食品、农业和医疗等多个领域。