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Nature:針對革蘭氏陰性菌的抗生素新藥研發突破


全世界范圍內,新型抗生素的缺乏已經帶來了嚴重的公共衛生?;?,而針對革蘭氏陰性菌的抗生素新藥研發則一直困難重重。在最新一期的《自然》雜志上,來自基因泰克(Genentech)的科學家們面對這一難題做出了突破。我們也很高興來自藥明康德的兩位科學家——王健博士與盧艷博士協助基因泰克的合作伙伴們完成了這項工作。


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▲基因泰克與藥明康德的科學家們攜手完成了這項工作(圖片來源:《自然》)


在介紹這項研究前,我們先來了解一下革蘭氏陰性菌。這類細菌的致病性更高,常見的大腸桿菌就屬于這一范疇。與革蘭氏陽性菌不同,革蘭氏陰性菌有兩層細胞膜(外膜與內膜)。因此,想要有效地針對革蘭氏陰性菌,抗生素需要穿透的防護要來得更多。


在革蘭氏陰性菌體外,一類叫做脂多糖(lipopolysaccharide)的物質是擋在抗生素面前的一大障礙。而將脂多糖運輸到革蘭氏陰性菌表面,又離不開一種叫做MsbA的轉運蛋白。因此,研究人員們自然而然地想到,如果我們能抑制MsbA的功能,也許就能帶來新型抗生素研發上的轉機。


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▲革蘭氏陰性菌有著復雜的細胞膜結構(圖片來源:By Jeff Dahl [GFDL (//www.gnu.org/copyleft/fdl.html) or CC BY-SA 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)], from Wikimedia  Commons)


從300萬個候選藥物中,研究人員們篩選出了多個能特異抑制大腸桿菌MsbA的小分子。利用X射線晶體衍射的方法,他們又進一步獲得了MsbA與這些小分子抑制劑結合時的高清結構,分辨率達到了2.9Å。而這些高清結構也為后續的研究帶來了洞見——研究人員們發現,一款代號為G907的小分子抑制劑能與MsbA多個保守跨膜域之間的空間契合,而結合了G907的MsbA無法完成執行生理功能所需的關鍵構象轉變。這從結構上回答了G907的一大抑制機理。


有趣的是,進一步的研究發現,G907居然還有第二種抑制MsbA的機制。在細菌中,MsbA的正常工作需要水解ATP產生的能量,因此MsbA結構中的核酸結合域(nucleotide-binding domain)對其功能而言至關重要。而G907與MsbA的結合,可以影響到核酸結構域,從而對MsbA產生變構上的抑制。


研究人員們指出,這項研究有望用于一大類轉運蛋白抑制劑(統稱ATP結合盒轉運蛋白,或ABC轉運蛋白)的設計。與常規的ABC轉運蛋白抑制劑不同,G907及其類似物并不會與轉運的底物發生競爭性抑制,而是通過結構上的抑制,影響MsbA的功能。


在文章的最后,研究人員們也提到,ABC轉運蛋白家族成員具有較高的結構保守性,這項研究有望帶來全新的選擇性抑制劑,為新型抗生素的研發提供洞見與協助。我們期待創新抗生素能早日問世,為全球公共衛生做出貢獻!

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