传统上,抗生素的发现涉及从真菌和细菌(主要是放线菌)中分离天然产物。然而,由于人们认为产抗生素的放线菌已"开采殆尽",几乎没有新的发现空间,这促使近期抗生素发现过程转向了新的方法。
不过,麦克马斯特大学(McMaster University)研究人员的一项新研究展示了从链霉菌属细菌Streptomyces rimosus中分离出的一种新型抗生素,该抗生素对多种细菌(包括多重耐药肠杆菌科细菌)均显示出疗效。此外,这种名为manikomycin的化合物是已知首个以细菌核糖体大亚基E位点为靶点的抗菌剂,为一类全新的治疗方法打开了大门。
"目前临床上开具的任何一种抗生素都无法像manikomycin这样发挥作用,"加拿大安大略省麦克马斯特大学(McMaster University)生化与生物医学科学系教授Gerry Wright博士表示,"无论是阿奇霉素、四环素——没有一种能做到。因此,我们不仅发现了一个全新的药物候选物,还确立了细菌中一个全新的靶点,这个靶点可能被其他新药所利用。"
这项研究成果发表在《自然》(Nature)杂志上,论文题为"A natural depsipeptide antibiotic binds the E-site of the bacterial ribosome"(一种天然环depsipeptide抗生素结合细菌核糖体E位点)。
这一发现是Wright实验室在短短一年多时间里发现的第四种新型抗生素候选物,凸显了一种有希望的药物发现新方法,尤其是在抗生素耐药性成为日益严重的全球性威胁的当下。
鉴于目前使用的许多抗生素都以核糖体为靶点,细菌已经进化出广泛的防御策略来对抗它们。然而,针对核糖体不同部位的药物不会面临相同的耐药机制。
作者写道,Manikomycin结合在细菌核糖体大亚基的E位点,"阻止tRNA 3′端进入E位点,有效地以序列背景特异性方式阻碍蛋白质合成的转位步骤。"
Wright表示:"即使是新发现的、攻击相同旧靶点的药物也可能很快面临耐药性问题。但在医学史上,我们从未对这一特定靶点施加过任何选择压力,因此细菌对manikomycin没有现有的耐药机制。"
manikomycin的发现建立在75多年前开始的工作基础上,当时科学家首次发现土壤细菌Streptomyces rimosus产生土霉素,这是一种强大的新药,帮助医学进入了抗生素时代。
尽管这一突破是20世纪中叶做出的几项类似发现之一,但S. rimosus及相关细菌早已被放弃作为新抗生素的潜在来源。
Wright说:"科学界普遍认为这些细菌已被完全'开采殆尽'——我们已经找到了所有能发现的东西。我们的实验室发现情况绝非如此。"
Wright的团队与芝加哥伊利诺伊大学(University of Illinois Chicago)和德国汉堡大学(University of Hamburg)的合作者一起,采用先进的分级方法发现了这种新型抗生素。通过从S. rimosus产生的化学混合物中过滤出土霉素和其他丰富化合物,研究人员能够分离出多年来一直未被注意的稀有分子。
Wright实验室的博士后研究员Manpreet Kaur博士表示:"通过分级方法可能还有大量发现等待我们。重新研究像链霉菌(Streptomyces)这样已被充分研究的细菌的提取物,未来可能会带来类似的发现。"
Wright团队目前正在推进manikomycin的临床开发。他们已经证明这种新型抗生素对人类细胞无毒,并且在实验室控制的感染模型中效果良好——这是早期开发路径上的关键里程碑。
该团队目前正在优化药物的"停留时间"——即它在体内保持活性的时间长短——并已生产出60种不同的衍生物,计划推进最佳的一种。
"我们对这种分子的潜力感到兴奋,"Wright说,"前进的道路很清晰,我们甚至可能扩大其抗菌谱,使其最终影响更多的细菌。"
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