新型抗菌肽LAB-4通过膜破坏机制抑制革兰氏阳性菌的作用解析与计算机模拟研究

本研究针对食品工业中革兰氏阳性菌耐药性难题，从山西老陈醋微生物组中筛选出新型抗菌肽LAB-4，通过体外实验（抗菌活性、膜完整性检测）与计算模拟（分子对接、分子动力学）相结合，系统揭示其通过静电作用插入磷脂双分子层、破坏膜结构的杀菌机制。该肽具有高效杀菌性（MIC低至2-4 μg/mL）、低溶血活性（<5%）及环境稳定性，为开发安全天然食品防腐剂提供理论依据。

　　

研究背景
全球每年因食源性致病菌导致的疾病造成数百亿美元经济损失，其中革兰氏阳性菌如金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）和蜡样芽孢杆菌（Bacillus cereus）因产毒、耐高温等特性成为食品安全的重大威胁。传统化学防腐剂易引发耐药性，而抗菌肽（Antimicrobial Peptides, AMPs）因其多靶点作用机制不易诱导耐药，成为研究热点。然而，多数AMP作用机制尚不明确，实验研究耗时耗力。

研究机构与技术方法
天津科技大学研究团队从山西老陈醋微生物组中挖掘出新型抗菌肽LAB-4，通过以下技术开展研究：

1. 抗菌活性检测（最小抑菌浓度MIC测定）
2. 安全性评估（溶血实验、肝细胞L02和肠上皮细胞IPEC-J2毒性测试）
3. 膜破坏机制分析（丙二醛含量、乳酸脱氢酶释放检测）
4. 计算模拟（分子对接分析肽-肽聚糖结合，全原子分子动力学模拟肽-膜相互作用）

研究结果

抗菌活性与安全性
LAB-4对S. aureus和B. cereus的MIC分别为2 μg/mL和4 μg/mL，30分钟内杀灭99%细菌。溶血活性低于5%，对哺乳动物细胞无毒性，且在pH 2-10、高温（100℃）及蛋白酶处理下保持稳定。

膜破坏机制
实验显示LAB-4导致细菌膜电位去极化，细胞内K⁺
和ATP泄漏。分子对接揭示其通过精氨酸（Arg）、组氨酸（His）等带正电荷残基与膜磷脂POPG/POPE的磷酸基团结合，分子动力学模拟显示插入后使脂质面积增加14%，膜厚度减少1.2 nm。

计算模拟验证
LAB-4先结合肽聚糖，随后通过疏水作用插入膜双层，形成氢键网络（每个肽分子平均形成8.3个氢键），最终导致膜结构崩解。

结论与意义
该研究首次阐明LAB-4通过"结合肽聚糖-静电吸引-膜插入"三级作用模式破坏革兰氏阳性菌膜的分子机制，其高效杀菌性与安全性使其具备食品防腐剂应用潜力。分子动力学模拟为AMP机制研究提供原子级可视化方案，发表于《Food Bioscience》的成果为开发抗耐药菌策略提供新思路。