Cell文章——耐藥細(xì)菌的克星

在第一種抗生素——青霉素被發(fā)現(xiàn) 12 年后，耐藥細(xì)菌就相繼進(jìn)入了人們的視野中。自此而后，人類便和細(xì)菌展開(kāi)了漫長(zhǎng)的“軍備競(jìng)賽”。抗生素耐藥性的上升和新抗生素的發(fā)現(xiàn)數(shù)量下降，造成了全球健康危機(jī)。近30年來(lái)，沒(méi)有新的抗生素被批準(zhǔn)用于治療革蘭氏陰性病原體。近日，普林斯頓大學(xué)的一個(gè)研究小組在《Cell》雜志上發(fā)表題名為A Dual-Mechanism Antibiotic Kills Gram-Negative Bacteria and Avoids Drug Resistance的文章，報(bào)告稱，他們發(fā)現(xiàn)了一種具有雙機(jī)制的抗生素SCH-79797，破壞細(xì)菌的細(xì)胞壁，靶向破壞細(xì)胞內(nèi)的葉酸代謝，且?guī)缀醪粫?huì)產(chǎn)生耐藥性。

技術(shù)路線如下：

SCH-79797是一種廣譜殺菌抗生素，耐藥頻率較低

為了評(píng)估對(duì)SCH-79797敏感的細(xì)菌種類譜，測(cè)量了SCH-79797對(duì)幾種臨床相關(guān)病理原的最小抑制濃度（MIC），發(fā)現(xiàn)SCH-79797顯著阻礙了多種革蘭氏陰性和革蘭氏陽(yáng)性病原體的生長(zhǎng)，包括淋病奈瑟菌、鮑曼桿菌和糞腸球菌，以及金黃色葡萄球菌。SCH-79797顯示了強(qiáng)大和快速的滅殺大腸桿菌LPTD4213菌株活性。鮑曼桿菌已成為一種重要的革蘭氏陰性病原體，在其動(dòng)物模型中SCH-79797發(fā)揮了良好的治療作用。連續(xù)25天的抗生素與耐藥金黃色葡萄球菌MRSA共培養(yǎng)顯示，SCH-79797使用過(guò)程中沒(méi)有耐藥細(xì)菌的產(chǎn)生。

細(xì)菌譜表明SCH-79797與現(xiàn)有抗生素不同的機(jī)制來(lái)發(fā)揮作用

使用定量成像技術(shù)來(lái)確定SCH-79797的MoA是否與任何先前描述的抗生素相似。具有類似MoA的抗細(xì)菌藥會(huì)導(dǎo)致相似的死亡表型，這樣通過(guò)量化細(xì)菌在死亡時(shí)的出現(xiàn)方式，可以了解死亡原因。分析應(yīng)用到37個(gè)已知MoA的康生和SCH-79797進(jìn)行集中模擬訓(xùn)練，我們使用一個(gè)單向的MANOVA方法，通過(guò)降維來(lái)消除自然共變度量的影響，如細(xì)胞長(zhǎng)度和細(xì)胞周長(zhǎng)。通過(guò)鄰域表示向量對(duì)聚類處理組進(jìn)行聚類，使得鄰域相似的樣本能夠聚集在一起。這一分析表明SCH-79797導(dǎo)致了一種不同于其他測(cè)試抗生素的表型死亡狀態(tài)。

熱轉(zhuǎn)變蛋白質(zhì)組分析表明SCH-79797與二氫葉酸還原酶結(jié)合

為了確定SCH-79797作用靶點(diǎn)，使用熱轉(zhuǎn)變蛋白質(zhì)組進(jìn)行分析。這是一種使用質(zhì)譜法來(lái)比較有無(wú)藥物治療的整個(gè)蛋白質(zhì)組的熱穩(wěn)定性的方法，與藥物結(jié)合的蛋白質(zhì)是熱穩(wěn)定的，這會(huì)導(dǎo)致這些蛋白質(zhì)沉淀的溫度升高。SCH-79797處理完整細(xì)胞和細(xì)胞膜，發(fā)現(xiàn)它顯著改變了FolA二氫葉酸還原酶（DHFR同系物）的熱穩(wěn)定性，表明SCH-79797進(jìn)入大腸桿菌直接與FolA結(jié)合。

為了驗(yàn)證SCH-79797與DHFR結(jié)合的生理意義和物種特異性，利用CRISPR干擾技術(shù)敲出菌種中的葉酸代謝基因。使用甲氧芐啶作為檢測(cè)的陽(yáng)性對(duì)照，SCH-79797作用方式與甲氧芐啶類似。

SCH-79797與其他二氫葉酸還原酶抑制劑不同，會(huì)破壞膜的完整性

    流式結(jié)果表明，SCH-79797還具有破壞細(xì)胞膜的功能。

SCH-79797模擬葉酸代謝和膜完整性破壞劑的聯(lián)合治療，但比聯(lián)合治療更有效

利用SCH-79797殺菌特性，選取通過(guò)這兩種途徑抑菌的抗生素進(jìn)行療效比對(duì)。發(fā)現(xiàn)SCH-79797模擬葉酸代謝和膜完整性破壞劑的聯(lián)合治療，但比聯(lián)合治療更有效。

SCH-79797的衍生物（IRS-16）顯示出強(qiáng)力清除小鼠陰道淋球菌的能力

    利用SCH-79797母核結(jié)構(gòu)開(kāi)發(fā)新的衍生物，獲得療效更好的IRS-16，IRS-16具有更好的抑菌作用，抑菌作用機(jī)制與SCH-79797完全相同，細(xì)胞毒性更小，肝代謝清除更緩慢。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中，能有效滅殺淋病球菌。

SCH-79797具有兩個(gè)獨(dú)立的細(xì)胞靶標(biāo)，葉酸代謝和細(xì)菌膜完整性，并且在殺死耐甲氧西林的金黃色葡萄球菌（MRSA）持久劑方面優(yōu)于聯(lián)合治療。開(kāi)發(fā)的強(qiáng)效衍生物IRS-16，并在小鼠陰道感染模型中顯示了其對(duì)淋病奈瑟菌的功效。