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[科技] “魔术贴”抗生素来啦！杀死细菌前先“拥抱”？

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陈霖将军 发表于 2024-8-27 17:55:35 | 只看该作者 打印 上一主题 下一主题
 
抗生素是现代医学中的重要武器，当我们体内的一些细菌对健康造成威胁时，就需要抗生素来杀死细菌，直到我们恢复健康。
提到抗生素，大家还会想到“耐药性”。由于抗生素的滥用，以及细菌的快速变异，会导致有些细菌能够抵抗抗生素，使抗生素失去了效用。
那么，有没有一种抗生素可以突破“耐药性”的局限，更好地帮助我们获得健康呢？
“魔术贴”抗生素来啦！杀死细菌前先“拥抱”？ 第1张图片


（图片来源：veer图库）

抗生素是如何发挥作用的呢？

我们的身体中有很多的细菌，这是一种微小的生物，有些细菌是对身体有益的细菌，例如益生菌等；然而有些“坏”细菌会对我们的身体造成威胁，让我们感到不舒服，引起感冒、发烧等，这时候就需要抗生素出场了。
抗生素就像是一支军队里专门针对这些细菌的“大炮”，当它找到敌人——细菌时，就会开始对细菌进行攻击。有些抗生素能够直接破坏细菌的细胞壁或者细胞膜，从而杀死“坏”细菌；有些抗生素则是像是狙击手一样，可以进到细菌体内，精准地打击它的关键部位；还有些抗生素则是像是特工一样，潜伏在细菌内部，破坏它们的生存环境，让“坏”细菌变得软弱无力，最后被我们的免疫系统打败。当抗生素开始和细菌战斗时，它们就会不断地攻击细菌，直到细菌被全部干掉为止，这样我们就可以很快康复。
“魔术贴”抗生素来啦！杀死细菌前先“拥抱”？ 第2张图片


（图片来源：veer图库）

新型抗生素：像魔术贴一样缠住细菌

从抗生素作用的原理中，我们可以发现破坏细菌的细胞壁是一种非常有效的杀死细菌的方法。科学家们也在这个方向进行了大量的研究，包括阻断细胞壁的合成，破坏细胞壁的结构等。那么，除了上述的方法，还有没有其他手段呢？
近期，荷兰乌得勒支大学研究人员在《自然·微生物学》上发表他们的最新发现，一种名为菌丝霉素的小分子抗生素可以组装成较大结构，锁定在细菌细胞表面，就像魔术贴两侧钩环密合粘在一起那样，使细菌无法逃脱，从而无法继续感染身体细胞。这一令人兴奋的发现，可能为抗生素开发带来突破性进展，对开发能对抗耐药菌的新型抗生素具有重要意义。
这种菌丝霉素是一类由真菌菌丝体中产生的具有抗菌活性的酶，例如来源于松露菌的抗菌霉素-Plectasin。这种抗生素的独特之处在于，它不仅仅通过简单的化学结合来抑制细菌，而是通过一种巧妙的自组装机制来增强其抗菌活性，这就是抗生素菌丝酶的“魔术贴机制”。
简单来说，这种小分子抗生素能够组装成较大的结构，锁定在细菌细胞表面，就像魔术贴两侧钩环密合粘在一起那样，使细菌无法逃脱，从而无法继续感染身体细胞。
以菌丝酶Plectasin为例，想要形成能杀死细菌的“魔术贴”，抗生素菌丝酶需要经过这几步：
1. 钙离子触发自组装
菌丝酶Plectasin在钙离子的存在下，会产生构象变化，使其具备自组装的能力，从而有效地自组装在细菌表面。
2. 靶向细菌细胞壁前体脂质 II
一旦菌丝酶Plectasin发生构象变化，它们能够高效且选择性地识别并结合细菌细胞壁前体脂质 II（Lipid II），这个过程类似于钥匙插入锁中。由于脂质 II 是细菌细胞壁合成过程中不可或缺的前体物质，因此这种结合也是自组装过程的关键步骤。
3. 自组装形成超分子结构
在细菌细胞表面，菌丝酶Plectasin分子进一步相互作用，形成密集的超分子结构。这些结构通过多点结合的方式，牢固地附着在细菌膜上，这种自组装形成了一个类似“魔术贴”的致密超分子结构，牢牢地锁定在细菌表面。这种多点结合不仅增强了酶分子在细菌表面的稳定性，还提高了其抗菌效果。。
4. 抑制细菌细胞壁合成
当这些超分子结构形成后，这些超分子复合物就像附着在细菌“环”上的微小“钩子”，钩住其目标脂质 II，从而阻止脂质 II去合成新的细胞壁，最终导致细菌失去结构完整性和功能，从而死亡。在这个过程中，即使某个脂质 II从“钩子”上挣脱，细菌仍被锁定在大量“钩子”中无法逃脱，无法引起进一步感染。
“魔术贴”抗生素来啦！杀死细菌前先“拥抱”？ 第3张图片


“魔术贴”的示意图

（图片来源：《自然·微生物学》）

通过“魔术贴”的独特作用机制，菌丝酶Plectasin具备应对多重耐药性细菌的潜力，这也使其成为了当前抗生素耐药性危机中的一个重要的研究方向。
抗生素设计新思路：重视药物自组装效率

除了Plectasin，科学家还发现许多抗生素可能都利用了类似这种自组装的“魔术贴机制”来增强其抗菌活性。这一发现也为抗生素的设计提供了新思路：不仅要考虑药物与靶标的结合能力，还需要重视药物自组装的效率。借鉴这种机制，未来可能开发出能够更有效对抗细菌感染的药物，从而应对日益严重的抗生素耐药性问题。
此外，科学家对抗生素菌丝酶在人体内的效果和安全性也进行了研究。结果表明，这种抗生素在动物实验中能够抵抗由金黄色葡萄球菌、大肠杆菌和铜绿假单胞菌等引起的感染。下一步将通过临床试验进一步评估其在人类中的应用前景。
抗生素耐药性是全球医疗保健系统面临的重大挑战。耐药性细菌的出现使得许多传统抗生素失去了效果。抗生素菌丝酶的“魔术贴机制”研究为抗生素的研究和开发开辟了新的途径，通过理解和利用药物的自组装机制，科学家们可以设计出更有效的抗菌药物，这对未来的抗菌治疗提供了宝贵的思路。这不仅可以延长现有抗生素的使用寿命，还可能开发出对抗耐药性细菌的新武器。
希望这一发现能够激发更多研究，推动抗生素开发进入一个新的时代，从而保护人类健康免受细菌感染的威胁。
出品：科普中国
作者：欧阳浩淼（中国科学院微生物研究所）

监制：中国科普博览
“魔术贴”抗生素来啦！杀死细菌前先“拥抱”？ 第4张图片



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