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科学家对12种细菌的外膜进行建模 为坏虫加速新药

信息可能是赢得抗生素耐药性竞赛的关键。如果我们输了,英国资助的分析预测将来可怕的抗药性细菌感染会杀死全世界的人,而不是癌症。在创建“坏药新药”(由欧盟委员会的创新药物倡议创造的一个术语)方面缺乏进展,部分原因在于缺乏信息 - 特别是在一个称为易位的特定领域。易位是抗生素必须采取的作用,以穿透细菌细胞的外膜,以达到并摧毁其目标。例如,在大肠杆菌(E.coli)中,OmpF通道(孔蛋白)为小分子,水和离子通过外膜向内和向外提供易位途径。

科学家对12种细菌的外膜进行建模 为坏虫加速新药

那么,哪些化合物能够穿透细菌的外膜,哪些不能?

根据Wonpil Im的说法,这是个谜。通过积累必要的信息来解决这样一个谜团对于被称为“超级细菌”等革兰氏阴性病原体的细菌感染的“大坏事”尤其重要。这些是对多种药物具有抗性并且对大多数可用抗生素具有越来越抗性的细菌种类。导致的感染可能是致命的。一些例子:革兰氏阴性病原体大肠杆菌的一些菌株可引起严重的食物中毒,某些称为霍乱弧菌的革兰氏阴性菌引起霍乱,这是一种传染性疾病,通常是小肠疾病。

我是利哈伊大学(宾夕法尼亚州伯利恒)生物科学和生物工程教授,卫生科学与工程总统资深教授,是分子模拟系统的专家,在寻求解决这些谜团和提供至关重要的方面非常有用。丢失的信息。

他的CHARMM-GUI是一个基于网络的图形用户界面,用于模拟复杂的生物分子系统,有助于模拟设计,生成通常需要大量经验和时间(甚至数周)的模型,只需几分钟或几小时。

现在,通过建模和模拟,Im和他的团队揭示了来自12种革兰氏阴性细菌物种的21种不同脂质A类型的双层特性。来自堪萨斯大学,马里兰大学和斯德哥尔摩大学的Im和他的同事们研究了膜特性的差异和相似性,例如每脂质面积,疏水厚度和酰基链序。此外,考虑了不同的中和离子类型(Ca2 +,K +和Na +),以检查离子对膜性质的影响,包括脂质扩散系数,离子停留时间和压缩模量,这些都是实验上可比较的。他们的研究结果发表在今天的“ 生物物理学杂志”上 标题为:“来自各种革兰氏阴性细菌的脂质A的双层性质”。

脂质A是构成脂多糖(LPS)的三个区域之一,脂质多糖是革兰氏阴性细菌外膜的外部小叶的组成部分,其中它们起到屏蔽和屏障对细菌的环境威胁的作用。LPS使外膜对抗生素更加不可渗透。因此,理解并操纵LPS膜稳定性可能是开发新的革兰氏阴性抗生素的有效方法。脂质A是LPS的锚定区域,并且是毒性休克综合征和败血症的毒性作用的原因。

“我们可以提供关于这些所谓的'坏虫'的外膜性质的更多信息,研究者可以更快地确定哪些化合物可以渗透并有效地靶向特定蛋白质 - 甚至可以将其关闭,”Im说。

从研究中得出:“......本研究中获得的不同脂质A的特征形成了各种革兰氏阴性菌外膜(有和没有外膜蛋白)的建模和模拟的基础。特别是,所有脂质A本研究中的模型可通过CHARMM-GUI中的LPS Modeler获得,因此这些模型可用于进一步了解各种细菌外膜的结构,动力学和功能。

“我的梦想,”他补充道,“有一天制药公司可以带着100种化合物进入我的实验室,这些化合物有可能杀死给定的革兰氏阴性菌,并问:我们应该尝试哪些?我们可以告诉他们。”为了推进这一观念,我于2016年11月18日在利哈伊大学举办了题为“瞄准细菌的研讨会 ”的研讨会。该研讨会旨在为专家提供研究和政策(包括创新药物的领导者)倡议)帮助加速抗生素药物的开发。

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