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为解决甲氧苄啶（TMP）耐药问题，研究人员筛选化合物，发现 DC4 和 DC6 或可抑制 DfrA1 蛋白，对抗耐药菌感染。
在与细菌感染的漫长斗争中，抗生素曾是人类手中的 “王牌武器”，但如今，抗菌药物耐药性（AMR）这一 “超级反派” 的出现，让抗生素的威力大打折扣。其中，甲氧苄啶（TMP）作为常用的抗菌药物，正面临严峻挑战。TMP 通过作用于细菌二氢叶酸还原酶（DfrA1）发挥抗菌作用，然而，肺炎克雷伯菌和大肠杆菌等病原菌对 TMP 的耐药性迅速上升。在美国，每年因 TMP 耐药菌导致的医疗相关感染超 9000 例，耐药基因 dfrA1 广泛传播，使细菌对 TMP 的耐药性提升 190 至 1000 倍，这不仅导致治疗效果不佳，还带来疾病迁延、医疗成本增加和死亡率上升等一系列问题，寻找新型抗菌药物迫在眉睫。
在此背景下，来自东 - 西大学、加济布尔农业大学等机构的研究人员展开了深入研究。他们旨在通过高通量计算筛选和优化，从 ChemDiv 数据库的 3601 种新合成化合物中，寻找能够抑制 TMP 耐药 DfrA1 蛋白的潜在药物，相关研究成果发表于《Scientific Reports》。
研究人员在这项研究中运用了多种关键技术方法。首先，他们依据 Lipinski 规则五和理化特征，从数据库中筛选化合物，并利用多种软件对化合物结构进行优化和格式转换。对于蛋白系统，选择肺炎克雷伯菌 DfrA1 蛋白的晶体结构，通过 Maestro 软件进行精细处理。借助多种预测工具评估化合物的药代动力学性质，采用分子对接模拟蛋白与化合物的结合，利用高斯软件计算分子轨道能量、静电表面电位和 UV-Vis 光谱，运用分子动力学模拟（MDS）研究分子间相互作用，最后通过 MM/GBSA 方法计算结合自由能。
研究结果如下：
- 蛋白 - DCs 结合模拟识别有效抑制剂：通过对 3601 种化合物的全面筛选，研究人员发现了 6 种化合物（DC1-DC6）能有效结合 TMP 耐药的 DfrA1 蛋白。这些化合物与 DfrA1 蛋白形成氢键和其他非共价相互作用，结合自由能均低于 - 9 kcal/mol，显示出强大的结合潜力，且结合能力优于对照药物依克拉普林（Iclaprim）。
- DCs 的类药性质和药代动力学性质预测：根据 Lipinski 规则五评估，DC1、DC2、DC4 和 DC5 满足口服生物利用度的要求，DC3 和 DC6 除分子量外也符合标准。所有化合物胃肠道吸收良好，多数为 P - 糖蛋白底物，皮肤通透性适中，部分在代谢、分布和毒性方面表现良好。
- 分子轨道分析凸显 DCs 作为药物候选物的潜力：对分子轨道的分析聚焦于能量间隙（ΔEHOMO-LUMO），结果显示不同 DCs 的能量间隙各异，部分比对照药物更具反应性，其中 DC6 的能量间隙最小，仅 3.18 eV ，这表明其反应活性较高。
- 电子吸收光谱（UV-Vis）揭示 DCs 的分子电子跃迁：通过 DFT 方法计算电子吸收光谱，发现不同 DCs 在不同波长处有吸收峰。DC6 在 401.90 nm 处有最高峰强度，DC4 和 DC5 在 303.34 nm 和 332.43 nm 处有吸收带，这些吸收特征反映了它们的电子跃迁特性。
- ESP 计算增进对 DCs 化学反应性的理解：分析 DCs 和对照药物的静电表面电位（ESP）发现，DCs 的 ESP 电荷范围更大，其带电表面有助于与 DfrA1 蛋白结合口袋氨基酸形成共价或非共价相互作用，且不易发生非特异性相互作用。
- 药物候选物的 MDS 检测与 DfrA1 蛋白的稳定相互作用：MDS 显示，DC1、DC4 和 DC6 与 DfrA1 蛋白形成稳定相互作用，DC4 形成的氢键最多，DC6 与多个氨基酸有强相互作用。而 DC2 与蛋白的相互作用不稳定，对照药物虽有强结合，但部分区域波动较大。
- MDS 揭示 DfrA1 蛋白的最具潜力抑制剂：通过分析蛋白 - 配体复合物的均方根偏差（RMSD）和蛋白的均方根波动（RMSF），发现 DC4 的 RMSD 值最低，表明其在结合口袋中稳定性最强。DC2 的 RMSD 值最高，稳定性较差。
- DCs 的性质揭示其作为有效药物候选物的潜力：计算 DCs 的分子表面积（MolSA）、溶剂可及表面积（SASA）、极性表面积（PSA）和回转半径（rGyr）等性质发现，DC4 和 DC6 在这些方面表现突出，部分指标优于对照药物，显示出良好的抑制潜力。
- 自由能计算揭示 DCs 与 DfrA1 之间的相互作用强度：MM/GBSA 计算表明，DCs 与 DfrA1 蛋白的结合自由能更低，非极性溶剂化能和库仑相互作用对结合有重要贡献，这意味着 DCs 与靶标结合更强、更稳定。
研究结论与讨论部分指出，该研究通过高通量计算筛选，成功发现 DC4 和 DC6 这两种潜在的 DfrA1 蛋白抑制剂，它们在抑制活性、稳定性和药代动力学性质等方面表现出色，有望成为对抗 TMP 耐药菌感染的有效药物。不过，研究也存在局限性，如缺乏实验验证，化合物合成和生物系统测试可能面临挑战。后续需要开展湿实验，包括化合物合成、体外结合实验和体内研究，进一步探究其作用机制，优化药物候选物，推动其向临床应用迈进。这一研究为解决抗菌药物耐药问题提供了新的方向和潜在药物，对保障人类和动物健康意义重大。
