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消灭细菌,抗菌肽是怎么做到的?

作者:andy       发布时间:2022-05-09       
1980年瑞典科学家Bomam通过阴沟通杆菌及大肠杆菌诱导惜古比天蚕蛹发现抗菌物质命名为天蚕素抗菌肽以来,越来越多来源的抗菌肽被发现并提取出来。目前已经从细菌、真菌、两栖类、昆虫、高等植物、哺乳动物乃至人类中发现并分离获得具有抗菌活性的多肽。
作为一种小分子多肽,抗菌肽(AMPs)从走入人类的视野中到今天,已经充分引起科研者们的注意,其对抗菌肽的研究正在一步步深入。
消灭细菌,抗菌肽是怎么做到的?
研究发现,许多抗菌肽不但可以直接抑制细菌、真菌、寄生虫以及病毒的生长,而且在先天性免疫反应中发挥着重要作用。最新证据表明,抗菌肽可以作为有效的辅助物,协同其它免疫因子,强化适应性反应和促进伤口愈合。因此,随着抗菌肽作用机制的不断阐明,将其作为药物应用于人类和畜禽疾病治疗的想法将有可能逐步实现。 
不同抗菌肽的作用机制各不相同,且不同机制之间又互相关联。抗菌肽的作用机制主要分为两大类,膜破坏性和非膜破坏性。抗菌肽主要为阳离子,可以与细菌表面的阴离子物质发生作用,进而使细菌细胞膜通透性增加,胞内大分子物质外泄,引起病原微生物死亡。另外部分研究也显示抗菌肽能够将DNARNA作为二级靶点来发挥作用,抑制核酸和蛋白质的合成,进而导致细胞死亡。Jenssen等又将抗菌肽与细胞膜的作用机制细分为聚集通道模型、环孔模型、桶版模型和地毯模型。
1、 抗菌肽与细胞膜的相互作用
抗菌肽能够与细胞膜表面相互作用,使膜的通透性改变。阳离子抗菌肽的正电荷区域与细胞膜上的负电荷区域相互作用,使抗菌肽分子的疏水端插入细胞膜的脂质膜中,进而改变脂质膜结构。抗菌肽与细胞膜作用后形成跨膜电位,打破酸碱平衡,影响渗透压平衡,抑制呼吸作用,总之抗菌肽与膜的相互作用直接关系到抗菌肽的抗菌活性。目前,常用的至少有4个模型来描述抗菌肽的作用机制。A为聚集体模型(aggregate channel),即抗菌肽与细胞膜上的磷脂分子结合成复合物,一旦复合物崩溃,抗菌肽就进入到细胞内,细胞膜也因受到弯曲张力导致细胞死亡。如:鲎肽等。B为环孔模型(toroidal),认为聚集的抗菌肽分子是垂直嵌入到细胞膜上,其疏水区的位移可以使细胞膜疏水中心形成裂口,引发磷脂单分子层向内弯曲,形成一个直径为1~2 nm的环孔。如:magainins等。C为桶板模型(barrel-stave),有研究人员指出结合于细胞膜表面的抗菌肽相互聚集,以多聚体的形式插入细胞膜双分子层中,因而形成一个跨膜离子通道。离子通道的形成使外界的水分子和离子等可以渗入到细胞内部,细胞质也可以外流。严重时细胞膜会崩裂导致细胞死亡。D为地毯模型(carpet-like),抗菌肽先是平行排列在细胞膜上,当数量达到一定程度时就像地毯一样覆盖在膜表面,以“去垢剂”的作用方式破坏细胞膜而引起细胞死亡。此模型中,地毯模型无需抗菌肽的特殊结构,也无需形成孔道,但抗菌肽的正电荷需要分布于多肽全长,且在整个过程中抗菌肽始终与脂质头端作用而无多肽垂直重排过程。
消灭细菌,抗菌肽是怎么做到的?
2、抗菌肽干扰靶标的能力
抗菌肽除了作用于细胞膜,还可以作用于细胞内的其他靶标。抗菌肽在进入细胞之后,通过与细胞内靶标的特异性结合干扰细胞代谢,达到抑制和杀灭细菌的目的。此理论解释了许多抗菌肽在非常低的浓度下仍然能够导致细菌死亡的现象。抗菌肽主要通过以下几个方面在细胞内发挥作用:1)与细胞内的酸性物质结合,阻断DNA复制和RNA合成;2)影响蛋白质的合成;3)抑制细胞壁的合成,阻碍细胞分裂;4)抑制细胞内酶活性等。Nan等通过对indolicidin的修饰,发现其类似物IN-3IN-4可以透过大肠杆菌质膜,在细胞内积累并与DNA分子结合。Yenugu等发现抗菌肽HE2alphaHE2betalHE2beta2处理的大肠杆菌也能抑制其蛋白质的合成,而且电镜观察到细菌细胞膜的变化和胞内容物的泄露。Hasper等研究证明,nisin可将Lipid Ⅱ从细胞壁合成位点或隔膜处移除,以阻断细胞壁的合成。Vincent等研究发现,由大肠杆菌质粒编码的细菌素microcin J25RNA聚合酶集合后,可阻断RNA聚合酶中碱基运输和合成过程中副产物的排出,从而阻止碱基与酶的活性中心集合,抑制RNA聚合酶的活性。
写到最后:
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