从人类微生物组中挖掘新型抗菌肽:抗菌耐药性的新希望
关键词: #健康资讯
关键词: #健康资讯
抗菌耐药性问题正日益严峻,尤其在全球范围内,耐药性微生物的出现已成为严重的公共卫生挑战。这种现象不仅增加了院内感染的风险,也限制了现有抗生素的有效性。面对这种危机,研究人员正积极探索新型抗菌药物的来源,试图从未被充分挖掘的领域中寻找潜力分子。近期发表在《细胞》杂志上的一项研究便聚焦于这一领域,研究团队通过对人类肠道宏基因组进行计算分析,成功识别出具有抗生素潜力的新型肽分子。
抗菌肽:对抗耐药性微生物的新武器
抗菌肽(AMP)作为一类具有广谱抗菌活性的短肽分子,因其作用机制独特、对耐药菌的潜在抑制作用而备受关注。与传统抗生素相比,AMP 的序列空间更为广泛,且作用方式更加非特异性,因此至今报道的 AMP 耐药病例较少,这使得 AMP 在抗菌治疗中的应用前景愈发被看好。目前已有多种 AMP 获得临床应用许可,其中杆菌肽、粘菌素和多粘菌素 B 是最常见的几种。
然而,尽管 AMP 具有显著的优势,发现和识别新的 AMP 仍面临巨大挑战。这主要是因为传统的实验方法耗时且复杂,限制了高效筛选新型 AMP 的速度。尽管近年来机器学习、遗传算法和模式识别算法的进步推动了新肽的开发,但这些方法大多侧重于蛋白质组的研究,很少涉及宏基因组的挖掘。考虑到人类微生物组中可能蕴藏着大量未被发现的抗菌肽,研究人员希望通过深入分析这一领域,识别出更多具有抗菌活性的肽序列。
研究方法:从人类微生物组中筛选抗菌肽
此次研究的核心在于利用计算技术,对人类微生物组中的肽序列进行系统评估。研究团队利用了人类微生物组计划(HMP)中的1,773个宏基因组数据,总共评估了444,054种肽的抗菌潜力。为了筛选出最有希望的候选分子,研究者进一步缩小范围,最终确定了78种肽,并针对几种高优先级致病菌和肠道共生菌进行了抗生素活性评估。最终,有五种肽被选中进行体内实验评估,以进一步验证其抗菌效果。
研究者使用smORFinder工具识别了高可信度编码蛋白质的基因,并通过综合分析这些基因编码的抗菌肽(SEP)的物理化学性质,包括作用机制、二级结构和细胞毒性,最终确定了具有代表性的抗菌肽。随后,通过一系列体外和体内实验,研究人员详细评估了这些候选肽的抗菌活性。
研究结果:Prevotellin-2显示出强大的抗菌活性
在本次研究中,共有323种候选肽显示出体内外显著的抗菌活性。在体外实验中,78种合成的smORF编码肽中有71%表现出抗菌作用。特别是从Prevotella copri中提取的Prevotellin-2,在体内实验中显示出与多粘菌素 B 相当的抗菌效果,并且未表现出显著的毒性。
此外,在小鼠大腿深部感染和皮肤脓肿模型中,五种SEP均表现出较强的抗鲍曼不动杆菌感染能力,包括Prevotellin-2、Fecalibacterin-3、Staphylococcin-2、Clostridicin-2和Keratinobacillin-2。这些肽通过使细菌细胞质膜去极化来发挥作用,而非像传统AMP那样使细菌外膜通透,这一不同的作用机制为抗菌肽的进一步研究提供了新的思路。
结论:宏基因组分析为抗菌药物开发提供新路径
本研究通过对人类微生物组的深入挖掘,成功识别出323种具有潜在抗菌活性的肽分子,其中Prevotellin-2尤为突出,其抗菌活性与多粘菌素 B 相当且无显著毒性。这一发现不仅为开发新型抗菌药物提供了新的靶点,也为应对日益严峻的抗菌耐药性问题带来了新的希望。
未来,随着对宏基因组数据的进一步分析和更多新型抗菌肽的发现,科学家有望开发出更多能够有效对抗耐药性微生物的药物,从而在全球范围内更好地应对抗菌耐药性这一公共卫生挑战。
2024-09-19
2024-09-19
2024-09-19
2024-09-19
2024-09-19