这种新型生物工程肽 能治疗具有多重耐药性的革兰氏阴性细菌

抗菌药物是具有杀死或抑制微生物生长能力的化学物质。对宿主足够无毒的抗菌药物被用于治疗人类、动物和植物的传染病。为了降低或预防致命的传染病，维护公众健康，需要新的抗菌剂，特别是针对革兰氏阴性菌，革兰氏阴性菌将在今后的大多数年份中面临抗药性威胁。

而解决这一问题的一个新思路就是抗菌肽(AMPs)。抗菌肽是生物体与病原体作斗争的武器之一，其中许多是由昆虫产生的。虽然通常是阳离子性的，但昆虫AMPs的主要结构却有明显差异。昆虫向血淋巴分泌抗菌肽，作为抵抗致病性感染的天然防御。有些昆虫能够产生10-15种抗菌肽，每种都具有完全不同的抗菌范围。

近日，以色列科研团队就发现了一种新型的生物工程肽，并在nature发布相关文献。科研团队发现的这种抗菌肽就能够治疗有多重耐药性的革兰氏阴性细菌。

在研究中，研究人员介绍了工程抗菌肽 OMN6的优越性能，以及作为一种救生治疗的适用性。OMN6是一种基于抗菌肽A的40氨基酸环肽，其稳定性提高，蛋白质水解降解显著降低，对革兰氏阴性菌有杀菌作用，对真核细胞无细胞毒性。

抗菌肽是有效的先天免疫效应的家族。在昆虫中，抗菌肽是一个大家族的阳离子α-螺旋AMPs，具有广泛的抗菌抗炎作用。抗菌肽通过独特的作用方式引起膜破坏，这涉及到细菌膜脂质带负电荷的头基与肽的带正电荷的氨基酸之间的静电吸引所驱动的肽在膜表面的初始吸附。这种外部相互作用之后，肽取向重新排列，因此其非极性氨基酸面对膜的核心，在此处它们可以与非极性的膜脂尾发生良好的相互作用。当足够数量的肽与膜结合时，它们会在膜上施加一种导致其解体的菌株。这种作用方式要求肽具有足够的两亲性以被细菌膜吸引，并具有足够的疏水性以部分穿透膜表面并与核心相互作用。

本研究以天蚕蛾固有免疫系统中独特的一个抗菌肽为研究对象，提出了一种新的环状抗菌肽OMN6。通过初步的模型研究，证实该肽是两性的，呈现出一个极性侧，其中包括正电荷氨基酸和非极性疏水侧。这些初步的模型研究结果与有关亲本肽杀菌肽A的结构一致。

OMN6的环化形式使其具有很高的稳定性，并防止其被常见的蛋白酶水解降解，同时保持其充分的生物活性。结果表明，二硫键对植物防御素或环肽家族中的天然环肽具有高稳定性。同样，在线性AMPs的环化后，在保持肽抗菌性能的同时，稳定性也得到了提高。

我们的发现显示OMN6对革兰氏阴性菌具有有效的抗菌活性，包括对引起危及生命的医院感染的ESKAPE病原体的抗菌活性。

CDC3和WHO53所定义的最紧迫的感染威胁列表中，排在首位的是耐碳青霉烯的鲍曼不动杆菌。无论鲍曼不动杆菌对常用抗菌药物是敏感还是耐药，OMN6均能消灭所有临床分离株。通过时间-致死曲线可以看出，OMN6在体外也具有杀菌作用，在敏感的大肠杆菌素和耐大肠杆菌素的鲍曼菌上观察到类似的模式。

在研究OMN6对细菌的体外活性时，我们观察到膜破裂的特征，内部细菌成分泄漏到外部培养基。这些结果与已知的抗菌肽和类似的膜破坏AMPs的作用一致。这种独特的膜破坏作用模式赋予AMPs家族关键优势。与大多数依赖于生物化学特定作用位点或相互作用的抗生素不同，AMPs对整个细菌膜的实际结构造成物理损伤。这种机制在治疗期间和治疗后都不太可能产生抗菌素耐药性。综上所述，OMN6能够导致细胞膜破裂、细菌溶解和死亡。

假设OMN6对细菌膜的选择性来自于肽的净正电荷，并且它采用一种生物活性构象，仅取决于与带负电荷的细菌膜的结合。相比之下，推测真核生物的膜不是OMN6的靶点，因为它们几乎是静电中性的，并且存在大量的胆固醇，导致对膜扰动的抵抗。该参数并不是预测OMN6对细菌作用的单一参数，因为革兰氏阳性菌也是带负电荷的，而且OMN6对本研究测试的所有革兰氏阳性菌株(金黄色葡萄球菌、蜡样芽孢杆菌、粪肠球菌和粪肠球菌)均无活性。我们假设，额外的膜特征和成分可能对AMP活性有影响，这可以解释OMN6对革兰氏阳性和革兰氏阴性细菌的不同影响。例如，革兰氏阳性细菌有一个厚的基于肽聚糖的细胞壁，其中含有脂磷壁酸，可以发挥AMP的诱捕器的作用，导致细胞质膜上局部肽浓度下降，最后防止AMP64,65引起的膜破坏。这些结果可以解释为什么OMN6与抗菌肽A一样，对革兰氏阴性菌的抗菌效果优于对革兰氏阳性菌的抗菌效果。

总的来说，经过一系列数据表明，基于天蚕的新型肽OMN6具有杀菌作用，可抵抗耐药革兰氏阴性细菌，具有很高的活性。OMN6增强了对蛋白水解的抵抗力，并且对真核生物哺乳动物细胞没有毒性，使得这种新型肽具有可药用性和高效性。所有这些特性使OMN6成为下一代抗感染疗法的理想选择。

参考文献：Mandel, S., Michaeli, J., Nur, N. et al. OMN6 a novel bioengineered peptide for the treatment of multidrug resistant Gram negative bacteria.Sci Rep11, 6603 (2021).