新型高通量方法SLAY：解码抗菌肽活性的新利器

找药助理

1102次浏览发布时间：2024-08-03 16:00:40

　　抗菌肽(AMP)作为一种进化上保守的防御机制，因其能够有效对抗病原体而备受关注。AMP 通常通过破坏细菌的细胞膜来发挥作用。然而，AMP 的广谱效应也带来了难以区分细菌和哺乳动物细胞膜的问题，增加了对哺乳动物细胞的毒性风险。为了优化 AMP 的选择性和效力，科学家们需要深入了解其序列变体对抗菌活性的影响。然而，传统的评估方法既耗时又受限于少数变体，深度突变扫描等新方法在 AMP 领域应用也并不广泛。

　　在最近发表在《自然生物医学工程》上的一项研究中，研究人员开发了一种名为表面局部抗菌展示(SLAY)的新型高通量方法，可以同时评估数十万种合成肽的抗菌潜力。这一方法极大地提升了研究效率和精确度，为 AMP 的研究和开发提供了新的工具。

　　开发与验证

　　研究团队在研究中使用了深度突变 SLAY(dmSLAY)方法，评估了已知 AMP protegrin 1(PG-1)的数千个氨基酸变体对其活性的影响。他们构建了一个 PG-1 变体的深度突变库，包含 7,105 个独特序列，每个位置编码 7-12 个突变，每个变体编码 1-9 个变化。该库被克隆到表面展示质粒中，并转化到大肠杆菌 W3110 中，通过 SLAY 方法进行筛选。

　　筛选结果显示，1,940 种变体丧失了活性，而 1,203 种变体被预测具有抗菌活性。随后，研究人员合成了其中的 40 种变体，并测量了它们对大肠杆菌 W3110 的最低抑菌浓度(MIC)。利用受试者工作特征曲线(ROC)根据 MIC 和 log2 倍数变化得分，确定了非活性和活性变体的最佳截止值。

　　有趣的是，尽管 log2 倍数变化分数与抗菌效力无关，但正数或负数分数预测变体是否失去或保留抗菌活性的准确率达到了 86%。这一发现表明，dmSLAY 方法在预测单残基变体的活性上具有很高的精确性。此外，研究还发现 PG-1 的尾部区域残基变化保留了活性，而 β 片层区域的残基变化则导致活性丧失。

　　深入分析与验证

　　为了进一步验证变体的功能，研究团队进行了圆二色性(CD)光谱法分析，以检查在有和没有脂多糖(LPS)存在下的变体的二级结构变化。LPS 模拟了细菌膜的环境，结果显示，在 LPS 存在下，CD 光谱更接近天然 PG-1(PG-1.0)的变体表现出更高的抗菌效力。

　　此外，研究团队还分析了 PG-1 变体的溶血活性。结果显示，在没有 LPS 的情况下，溶血百分比和 CD 光谱之间没有相关性;然而，在 LPS 存在下，溶血变体保留了接近 PG-1.0 的二级结构。

　　为了评估变体的选择性，研究人员将溶血百分比与 MIC 相乘，得出了每个变体的选择性评分。选择性评分较低的变体对细菌具有更高的选择性。通过比较 PG-1 变体的选择性评分和 PG-1.0，研究团队确定了五种膜选择性增强的变体。

　　未来应用与展望

　　本研究中开发的 SLAY 和 dmSLAY 方法，为 AMP 的研究提供了强有力的工具。通过高通量评估数千种肽序列变体，研究人员可以快速筛选出具有高选择性和高效力的 AMP，为抗菌药物的开发奠定了基础。

　　未来，SLAY 方法有望被应用于更多 AMP 的研究，帮助科学家们探索肽序列与功能之间的关系，并开发出具有更高选择性和更低毒性的抗菌肽。这不仅有助于对抗抗生素耐药性细菌的威胁，还为治疗各种感染性疾病提供了新的希望。

　　总之，SLAY 方法的开发和应用标志着 AMP 研究进入了一个新的时代。通过精确、高效的筛选和评估，科学家们可以更好地理解和利用 AMP 的潜力，为人类健康做出重要贡献。

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