科學家用黃蜂毒液研發新的抗生素藥物

黃蜂和蜜蜂等昆蟲的毒液中充滿了可以殺死細菌的化合物。不幸的是，許多這些化合物對人類也有毒，因此不可能將它們用作抗生素藥物。

在對通常在南美黃蜂中發現的毒素的抗微生物特性進行系統研究後，麻省理工學院的研究人員現在已經創造出了對細菌有效但對人體細胞無毒的肽變體。

在對小鼠的一項研究中，研究人員發現，它們最強的肽可以完全消除銅綠假單胞菌，銅綠假單胞菌是一種引起呼吸道和其他感染的細菌菌株，對大多數抗生素有抗藥性。

麻省理工學院博士後的Cesar de la Fuente-Nunez說：「我們已將一種有毒分子重新用於治療感染的可行分子。」 「通過系統地分析這些肽的結構和功能，我們已經能夠調整它們的性質和活性。」

De la Fuente-Nunez是該論文的高級作者之一，該論文發表在12月7日出版的「 自然通訊生物學 」雜誌上。麻省理工學院電氣工程和計算機科學與生物工程副教授Timothy Lu和巴西ABC聯邦大學副教授Vani Oliveira也是資深作家。該論文的第一作者是Marcelo Der Torossian Torres，他是麻省理工學院的前訪問學生。

有毒的變種

作為免疫防禦的一部分，許多生物，包括人類，都會產生可以殺死細菌的肽。為了幫助抵抗抗生素抗性細菌的出現，許多科學家一直在努力使這些肽成為潛在的新葯。

de la Fuente-Nunez及其同事在本研究中關注的肽是從一種名為Polybia paulista的黃蜂中分離出來的。這種肽足夠小 - 只有12個氨基酸 - 研究人員認為，製造肽的某些變體並對其進行測試以確定它們是否會對微生物變得更有效並且對人類的危害更小是可行的。

「這是一個足夠小的肽，你可以試著改變儘可能多的氨基酸殘基，試圖找出每個結構單元如何促成抗菌活性和毒性，」de la Fuente-Nunez說。

與許多其他抗菌肽一樣，這種毒液衍生肽被認為通過破壞細菌細胞膜殺死微生物。該肽具有α螺旋結構，已知其與細胞膜強烈相互作用。

在他們研究的第一階段，研究人員創造了幾十種原始肽的變體，然後測量這些變化如何影響肽的螺旋結構及其疏水性，這也有助於確定肽與膜相互作用的程度。然後，他們針對7種細菌菌株和2種真菌測試了這些肽，從而可以將它們的結構和物理化學性質與其抗菌效力相關聯。

基於他們確定的結構 - 功能關係，研究人員隨後設計了另外幾十種肽用於進一步測試。他們能夠確定疏水性氨基酸和帶正電荷的氨基酸的最佳百分比，並且他們還鑒定了一組氨基酸，其中任何變化都會損害分子的整體功能。

抗擊感染

為了測量肽的毒性，研究人員將它們暴露在實驗室培養皿中培養的人胚胎腎細胞中。他們選擇了最有希望的化合物來測試感染銅綠假單胞菌的小鼠，銅綠假單胞菌是呼吸道和泌尿道感染的常見來源，並發現幾種肽可以減少感染。其中一種，以高劑量給葯，可以完全消除它。

「四天後，這種化合物可以完全清除感染，這是非常令人驚訝和令人興奮的，因為我們通常不會看到我們過去用這種特殊的小鼠模型測試的其他實驗性抗微生物劑或其他抗生素，」 de la Fuente-Nunez說。

研究人員已開始創造其他變種，他們希望能夠以較低劑量清除感染。De la Fuente-Nunez還計劃在明年加入賓夕法尼亞大學的同時將這種方法應用於其他類型的天然抗菌肽。

「我確實認為我們在這裡學到的一些原則可以適用於其他來自大自然的類似肽，」他說。「像螺旋性和疏水性這樣的東西對很多這些分子來說非常重要，我們在這裡學到的一些規則絕對可以推斷出來。」

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