抗微生物耐药性正在成为一个越来越大的问题。目前，抗微生物耐药性每年导致70万人死亡，预计这一数字还将继续上升。最近由Rudd等人进行的一项研究表明，败血症每年导致1100万人死亡，使其成为全球首要死因。
因此，发现和开发新的替代抗菌疗法至关重要。
人体皮肤微生物组自然携带数百种不同的细菌种类，这些细菌构成了身体抵御外界的第一道防线。细菌群落的多样性和平衡对皮肤健康至关重要，许多皮肤状况都是由于共生菌群失衡引起的。
目前，有许多替代生物工具可以用于治疗皮肤感染，包括细菌素、噬菌体、益生菌和益生元。
我们皮肤上的共生细菌或微生物群被认为有助于宿主健康，保护宿主免受各种感染，包括促进伤口愈合和抗癌特性。在这方面，抗菌化合物的产生可能是宿主微生物群的一种防御机制。
本文将探讨细菌素作为治疗皮肤感染的抗生素替代品的潜力。
什么是细菌素？
细菌素是由核糖体合成的、热稳定的肽类物质，可以杀死其他细菌，并且对其自身的细菌素免疫。细菌素是可行的抗生素替代品，其生产被认为是益生菌的一个特征。
细菌素可能作为定植肽帮助生产者在一个生态位中建立起来，或者作为杀灭肽杀死竞争对手，或者作为信号肽向其他细菌和免疫系统发出信号。皮肤微生物组本质上是一个新型细菌素的储库，具有治疗潜力。
与皮肤共生菌相关的皮肤状况：
- 脓疱病：水疱状或结痂病变
- 特应性皮炎：红斑、瘙痒、干燥皮肤
- 寻常痤疮：白头、黑头、丘疹或疤痕
- 银屑病：覆盖有厚鳞片的红色皮肤斑块
乳酸菌素
葡萄球菌是皮肤上主要的共生菌之一，而乳酸菌素是一类细菌素。已知的葡萄球菌乳酸菌素包括Gallidermin、Epidermin、Hominicin、Nukacin ISK-1、Nukacin KQU-131和Capidermicin。
为了发挥作用，乳酸菌素通过结合脂质II抑制细胞壁合成，从而在细胞膜上形成孔洞，导致膜破坏。它们通常对革兰氏阳性细菌具有广泛的抑制谱，但Hominicin除外，它具有特别狭窄的抑制谱，仅抑制金黄色葡萄球菌。
实验
表征产生细菌素的细菌
为了筛选20名年龄在18至65岁之间的不同人的皮肤，受试者从七个不同的身体部位取样，包括耳后皱褶、肚脐、脚趾间、鼻子侧面等。
然后将拭子连续稀释并放置在选择性培养基（甘露醇盐琼脂）和非选择性培养基（脑心浸液）上。从非选择性和选择性培养基中分离出形态和大小各异的菌落。
通过点实验和井扩散实验筛选细菌素的产生。根据结果，不同大小的抑制区表明不同的细菌更为活跃——这是不同皮肤病原体的指示。
表型上，检查了菌落形态、革兰氏染色、过氧化氢酶和凝固酶。基因型上，使用16S rRNA测序和脉冲场凝胶电泳对细菌进行“指纹”鉴定。然后通过热稳定性、蛋白敏感性和交叉免疫进一步表征细菌。
进行抑制谱测试以查看分离出的皮肤病原体/微生物群能够抑制哪些细菌。使用MALDI TOF质谱确定产生的肽的质量，并对少数菌株进行了全基因组测序。
初步筛选后，分离出21个菌株。随后进行了16S rRNA测序，鉴定出五种主要物种，包括人葡萄球菌、华纳葡萄球菌、表皮葡萄球菌、模拟葡萄球菌和帽状葡萄球菌。使用脉冲场凝胶电泳确保只使用遗传上不同的菌株。这缩小了带入下一步的菌株数量。
皮肤抗菌素产生菌株对许多皮肤病原体表现出抑制活性，包括MRSA、痤疮丙酸杆菌、金黄色葡萄球菌和棒状杆菌属。从脚趾间隙区域分离出的帽状葡萄球菌和两种人葡萄球菌菌株被带入下一步。这些细菌素随后被纯化。
为了纯化，将培养物在1升肉汤中生长，并使用反相高效液相色谱（HPLC）进行纯化。从HPLC中收集部分，并检测其抗菌活性。然后使用MALDI TOF质谱检测活性部分中的肽质量。
数据库搜索显示这些质量并不对应任何已知质量。将生产者送去进行全基因组测序，并将序列提交给BAGEL和antiSMASH——两个免费在线程序，用于定位细菌素操纵子——结果非常有趣。
结果
初步筛选帽状葡萄球菌菌株显示出巨大前景。它对革兰氏阳性病原体，包括痤疮丙酸杆菌和多种葡萄球菌和链球菌表现出广泛的抗菌活性。
将序列输入BAGEL后，发现一个35个氨基酸的感兴趣区域，其一级结构与野生型乳酸链球菌素A相似。乳酸链球菌素是最古老的已知细菌素，也是第一个获得FDA批准的细菌素。
另一种有趣的细菌素是人葡萄球菌素，由人葡萄球菌产生。人葡萄球菌素在两项独立的研究中被分离出来；Julie O'Sullivan博士的皮肤筛选研究和Claire Watkins博士的阴道筛选研究。
从一开始就很明显，这些菌株是不同的。细胞提取物的颜色不同，脉冲场轮廓显示不同的指纹，菌株的质量也不同。
人葡萄球菌素被测定为对一系列相关病原体的抑制活性，结果显示其具有相对较窄的抑制谱，仅抑制B组链球菌。这两项研究中的三种人葡萄球菌菌株都产生人葡萄球菌素，这些人类共生菌株具有作为活体生物制剂应用于皮肤的潜力。
化妆品行业能从中得到什么启示？
细菌素由皮肤微生物群天然产生。如果能够优化其纯化过程，使这些肽以粉末形式出现并添加到局部使用的霜剂中，它们就可以用来纠正皮肤微生物群的失衡，而这种失衡往往是许多皮肤感染和问题的原因。
总结
总之，抗微生物耐药性是一个重大问题。我们的皮肤细菌自然产生的细菌素对多种皮肤病原体和人类病原体表现出抑制活性，展示了其巨大的生物治疗潜力。
在抗生素耐药性日益严重的时代，我们的研究表明可以从皮肤微生物群中挖掘出巨大的抗菌潜力。
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