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靠裂解酶这张“嘴” 噬菌体轻松“吃掉”超级细

[导读]:在人或动物的肠道、口腔及生殖道内,普遍存在着一种共生菌粪肠球菌。近年来研究发现,由于新型抗生素的研制速度远远赶不上耐药菌的进化速度,部分粪,肠球菌耐药性严重,逐渐...

在人或动物的肠道、口腔及生殖道内,普遍存在着一种“共生菌”——粪肠球菌。近年来研究发现,由于新型抗生素的研制速度远远赶不上耐药菌的进化速度,部分粪,肠球菌耐药性严重,逐渐演”变成“超级细菌”。

俗话说“一物降,一物”,“超级细菌”的天,敌又会是“谁呢?来自福!建师范大学生命科学学:院、南方生物医学研究中心欧阳松应教授:认为,噬菌体或能:做到。日前,他们课题组在国际病原学杂志《公;共科学图书馆-病原体》上?发表研究称,一个结构”类似“八爪鱼”的裂解酶“LysIME”-EF1”,能够高效裂解多种粪肠球菌临床株,具有巨大:的潜:在应用价值。

欧阳松,应表示,“Ly“sIM;E-EF。1”可以作;为生物前!体,用来开发针对,粪肠:球菌临床株的生物药物,最终解决攻克耐药细菌的、难题,而噬菌体疗法有望成为、人类对抗细菌的最后一道防线。

粪肠球菌是一种革兰氏阳性菌,又名粪链球菌,可引起人的心内”膜炎、菌血症、泌尿道感。染及脑膜,炎等多种疾病。在需氧革兰氏阳性菌导致的医院内感染中,其致病率仅,次于葡萄球菌。在全球范围内每年由于粪肠球菌感染而导致死亡的人数高达1.7万,并且”还在逐?年攀、升。

近年来,由于抗生素的!长期和大量不“规范使:用,粪肠球菌获得性?耐药性不断!上升,治疗粪肠球菌感染日益困难。“细菌:耐药性!又称“抗药性,是指细菌暴露于抗细菌药物(如常用的抗生素)时发生改变,使得这些药物逐渐失去效果,不能发挥!抗“菌作用。”欧阳松应说。

据介绍,粪肠球菌长期对抗药物,已经越来越“聪明”,进化!出一系列“逃生”策略:能通过改变青霉素结合蛋白的结构,降低与青霉素的亲和力使药物失效,来“逃避”被杀死的、命运;能编码产生青霉素酶来降解青霉素,实现对青霉、素这类!抗生素的耐药性;它还能形成生物包被膜,将自己紧紧包裹在膜“内,从而使药物作用失败。

究其原因,欧阳松应分析,对抗粪肠球菌药物大多数为多年前所研发,更新换代速度慢;有些粪肠球菌在形态结构上产生耐药性变化,同时粪肠球菌耐药机理研究不透彻,缺乏、相应的实验数据指导。药物开发。因此,目前急需解决的问题是彻底了解粪“肠球菌耐:药机理,为药物研“发提供理;论基础。

“随着细菌耐药性问”题的日“益突出,特别是农业农村部规定2020年起饲料中全面禁止添加抗生素,寻找新的抗菌制剂已刻不容缓。”欧阳松应表示,而噬菌体及其裂解酶,因具备高效。杀菌能力,被誉为!粪肠球菌的“天敌”。

欧阳、松应、告诉科技日报记者,噬菌体是指、能够“吃”细菌的一些病毒,它在地球的每个角落随处可见,在泥土、动物内脏、人类手上;等,都可以找到噬菌体的踪影。“幸运的是,它对人体无害,只能专门以细菌为生。而且,每种噬菌体几乎只‘吃’一种细菌,因此它们能“靶向特异的致病细菌。同时,它有自限。性,一旦,针对的“细菌“群被消灭,其数量将。锐减,不会在体内”大量存活。”欧阳松”应说。

裂解酶即噬菌体的“嘴巴”,它的作用。在于、撕碎细菌。的。细胞壁,在与细菌细”胞、壁、接触”的数秒内,就可以“撕碎”细菌细胞壁,并能,高效裂解多种细菌。据欧阳松应介绍,由于噬菌体是病毒,它对细菌的攻击是“物理攻击”,产生耐药、性的、可能性远。小于抗生、素,因而不存在抗药性问题,故可作为一种潜:在的!抗菌药物,而且制、备效率高、费用低。

早在上世纪、70年,代,就有,科学家!用噬菌体疗法,治好了500例因抗生素使用过度导致菌群失调的婴幼儿。这些孩子们因患败:血症或肺炎 接受2到3周抗生素治疗后,导致体内发生菌群失调 出现腹泻、体重”减轻等现象。经噬菌体及双歧杆菌治疗后 从腹泻症状减轻和体重增加情况来看 所有患儿的症状都有明显临床改善。

当前,国内关于噬!菌体裂解酶的研“究起步较晚,大部分?研究还处于实:验室阶段。本次研究中,欧阳松应团队分离获得噬菌体“IME-EF1”,并找到该噬菌体的裂解酶基因,将该裂解。酶命名为“Lys“IM!E-EF1”。研究发现,“LysIM、E:-EF1”能够裂解从!临床上分类的多种粪、肠球菌。

相,比其他病菌,粪肠球菌对环境适应:力和抵抗力;强,如在被裂解的过程中,容易形成生物包被膜,裂解?酶从外部需要突破包被膜,才能直接作,用于细菌。同时,该病菌?细胞壁较厚,所需裂解时间稍长。面对如此“狡猾”的对象,“Lys”IM!E-“EF1”如何捕“杀粪肠球?菌?

欧阳、松应团”队“在研究中发现,“LysIME-EF!1”由一个水解细菌细胞壁的功能域和一个结合细菌细胞壁的功能域组成。结合功能域像一个八爪鱼的“吸盘”,由4个分子组,成,它能牢牢地吸住“猎物”粪肠球菌。而水解功能;域呈现:球状,像八爪鱼的“头部”连在“吸盘”上,中间通过柔性“脖子”连接。当“吸盘”吸住猎物:后,球状“嘴巴”便通过柔?性“脖子”吃掉猎物。

“‘Ly”sIM?E-EF。1’能够?高效裂,解,与其结。构的独”特性密。不可分。”欧阳、松应进”一步解,释,与其他裂“解酶不、一样的:独特结构,提高了、它与:细,菌的结合能力,并且结,构上的4个分子和催化功能域都是由一个基因编码,而其他裂解酶结合功能域只有一个分子,这赋予“LysIME-、EF1”高效裂解多种粪肠球菌临床株的超能力,催化活性和裂解范围比其他的裂解酶高效和宽广。

欧阳松?应团队还通过流式“细胞分筛技术及细菌裂解实验,找到了裂解酶“LysIME-EF1”与细胞壁结合的关键位点,填补了相关机制研究的空白。裂解酶与细菌细胞壁的结合过程是裂解酶发挥裂解活性必不可少的一个步骤,由于细菌细胞!壁成,分复杂,一直以来,很难彻底”了解裂解酶是:如何结合,到细菌细胞壁。他们通过分析裂解酶“LysIME-EF1”的结构,发现其”底部“吸盘”结构、带有”正电荷,推测可能与细胞壁上某些带负电荷的组分结合。他们进一步开展系列实验,结果验证了他们的推测并找到了关键结合位点。

“针对这些;位点,我们可以开展相“关。实验,通过提高裂解酶与细菌细胞壁的结合能力来提高裂解活性。”欧阳松应表示,他们打算根据这个裂解。酶的结构。特征,采用计算机模拟,的方法,确定能与其结合的底物,从而拓展它的应用。

欧阳松应告诉记者,他们的研究首次从结构和功能角度阐明了“LysIME-EF1”的作用机理,对开发针对粪肠球菌临床株的,生物药物具有重要!意义。目前,这种裂解酶对近30株临床上引起尿道感染、败血症、化脓性腹部感染等的致病性粪肠球菌,都拥有很高:的裂解、活性。下一步,团队将根。据、相关,结构信息,开展裂解”酶“LysIME-EF1”的改造、工作,扩宽裂:解谱,同时建!立相!关动物模型,加快临,床研?发的进程。

在人或动物的肠!道、口腔及生?殖道内,普遍存在“着一种“共生菌”——粪肠球:菌。近年来研究发现,由于新型抗生素的研制速度远远赶不上耐药菌的进化速度,部分粪肠球菌耐药性严重,逐渐,演变成“超级细菌”。俗话说“一物降一;物”,“超级细菌”的天、敌又会、是谁呢?来自福建师范大学”生,命科学学院、南方生物医学研究中心欧阳松应教授认为,噬菌体或能做到。

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