小分子抗生素是目前我們對(duì)抗細(xì)菌感染的最好武器。它們的過度使用導(dǎo)致了多藥耐藥性的廣泛出現(xiàn)。導(dǎo)致耐藥性的因素之一是人體微生物群。抗生素的重復(fù)使用促進(jìn)了過度暴露的共生菌群中耐藥基因的積累，然后這些基因可以轉(zhuǎn)移到病原體中。人口網(wǎng)絡(luò)使這些基因在廣闊的地理空間內(nèi)進(jìn)行交換，從而形成全球連通的人類抵抗。在個(gè)體中，這些共生群落在維持免疫和代謝穩(wěn)態(tài)以及預(yù)防機(jī)會(huì)性感染方面也發(fā)揮著重要作用。因此，微生物群落不僅是一個(gè)長(zhǎng)期耐藥的基因庫(kù)，鼓勵(lì)多藥耐藥感染，而且廣譜藥物的破壞也會(huì)對(duì)健康產(chǎn)生直接的負(fù)面影響。因此，許多藥物優(yōu)先發(fā)展病原體特異性抗菌藥物，盡量減少或完全避免使用廣譜抗生素，以保護(hù)人體菌群，改善患者預(yù)后，減少耐藥性傳播。通過合理設(shè)計(jì)抗生素，模仿目標(biāo)病原體包膜的物理特性，在微生物細(xì)胞壁上產(chǎn)生超分子缺陷。該方法以天然跨膜蛋白為模板，可以開發(fā)仿生抗菌劑，并將模板組裝在目標(biāo)微生物包膜中，從而準(zhǔn)確殺滅病原體，產(chǎn)生最小的非目標(biāo)效應(yīng)。本文應(yīng)用該策略設(shè)計(jì)了一種針對(duì)結(jié)核分枝桿菌(tb)病原體結(jié)核分枝桿菌(Mtb)的病原體特異性抗菌宿主防御肽，并進(jìn)一步細(xì)化了主要候選序列——結(jié)核分枝桿菌膜相關(guān)破壞(MAD1)肽。

MAD1最初是受分枝桿菌特異性孔蛋白MspA的啟發(fā)。這種β折疊的同構(gòu)八聚體跨膜蛋白是分枝桿菌獨(dú)有的，它形成單通道孔，允許親水分子在外膜上擴(kuò)散。MspA的結(jié)構(gòu)已經(jīng)進(jìn)化到在分枝桿菌細(xì)胞膜的獨(dú)特環(huán)境中組裝，該膜由非常堅(jiān)硬的外膜限定，該膜富含支原體酸。值得注意的是，MspA在其跨膜區(qū)存在一個(gè)獨(dú)特的色氨酸殘基帶，該帶特別適用于定位細(xì)菌脂質(zhì)-水界面的孔蛋白邊緣。

兩個(gè)組氨酸殘基對(duì)MAD1的生物物理活性很重要。這些組氨酸觸發(fā)巨噬細(xì)胞酸性吞噬細(xì)胞(pH5.5-6.0)中MAD1的pH觸發(fā)組裝，巨噬細(xì)胞是結(jié)核感染期間Mtb病原體的關(guān)鍵細(xì)胞龕。為了闡明MAD1自組裝的原子機(jī)制，我們用離散分子動(dòng)力學(xué)模擬了未修飾(pH6.0)或質(zhì)子化(pH6.0)組氨酸狀態(tài)的肽。與實(shí)驗(yàn)一致，肽單體形成α-螺旋結(jié)構(gòu)。MAD1的殺菌特異性隨后被確定為針對(duì)不同的微生物組，該微生物組包含高致病性分枝桿菌和各種革蘭氏陰性和革蘭氏陽性肺共生細(xì)菌和致病菌。此外，數(shù)據(jù)證明了MAD1在真菌膜中優(yōu)先結(jié)合和組裝的潛力，從而在多微生物共生環(huán)境中準(zhǔn)確殺死Mtb病原體而不損害健康的宿主組織。MAD1的切割活性是通過MAD1和分枝菌酸之間的優(yōu)先相互作用獲得的。測(cè)試了MAD1在復(fù)雜的多微生物環(huán)境中選擇性結(jié)合其分枝桿菌靶標(biāo)的能力。細(xì)菌學(xué)和哺乳動(dòng)物細(xì)胞數(shù)據(jù)強(qiáng)烈表明，MAD1在復(fù)雜的細(xì)胞混合物中保持其分枝桿菌膜靶向機(jī)制，從而導(dǎo)致準(zhǔn)確的抗結(jié)核活性，并且對(duì)肺部微生物或宿主組織沒有副作用。

制備了結(jié)核特異性宿主防御肽MAD1，其最初來源于分枝桿菌特異性孔蛋白MspA，并通過結(jié)核分枝桿菌特異性外膜蛋白中儲(chǔ)存的分子特征進(jìn)行精制。MAD1被組織成色氨酸拉鏈超分子組裝體，復(fù)制了富含β折疊結(jié)構(gòu)的孔蛋白模板。MAD1的這些膜活性機(jī)制通過穿透剛性分枝桿菌包膜增強(qiáng)了其他藥物的抗結(jié)核分枝桿菌活性，否則會(huì)抑制抗生素的胞內(nèi)分布，并能特異性地幫助氟喹諾酮類藥物通過孔隙介導(dǎo)擴(kuò)散到分枝桿菌中。綜上所述，這些結(jié)果為進(jìn)一步臨床前研究評(píng)價(jià)MAD1的安全性和有效性提供了基礎(chǔ)，并進(jìn)行全面的遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)了解其聯(lián)合作用方式、耐藥頻率和機(jī)制。

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