超级细菌(superbug)如抗药性金黄色葡萄球菌(MRSA)、艰难梭状芽孢杆菌(C. difficile)等,具有多重抗药性(multidrug resistance),使得大多数的抗生素都无法对其有疗效,进而容易导致感染的患者症状恶化,进而有器官衰竭、死亡的风险。由于细菌之间可以交换彼此的基因,造成抗药性的基因在各菌种中流传,使得超级细菌已经越来越难以治疗;再加上近期少有新型抗生素问世,目前能与其抗衡的药物有限,是不容忽视的抗生素危机。
美国纽约洛克菲勒大学(The Rockefeller University)近期刊登于《Science》期刊中的文献指出,利用分析细菌基因与算法,成功合成一种新型抗生素分子 Cilagicin,可透过新机制毒杀具抗药性的革兰氏阳性细菌(Gram-positive bacteria)。
有趣的是,本研究除了展示新抗生素在临床上的意义外,也利用结合计算生物学、基因定序与合成化学,解锁了一种新型抗天然化合物的开发方法,期望未来可借此增加新候选药物的种类。
对付抗生素抗药性有解!首度以噬菌体治疗肺部感染(基因线上国际版)结合算法与合成生物学,成功合成新抗生素分子
有鉴于细菌在演化的数十亿年中以产生可毒杀彼此的独特模式,因此可透过细菌自身来研发出强大的抗生素。事实上,除了青霉素以及其他从真菌中提炼出的药物外,大多数的抗生素多自细菌本身中发现。
纽约洛克菲勒大学的 Sean F. Brady 教授带领着研究团队于过去十五年来一直在土壤中找寻下一个抗菌基因,并将其培养于实验室的细菌中,不过起初却因抗生素的基因被细菌中的生合成基因群(biosynthetic gene clusters, BGCs)所掌控而不易取得。研究团队进而搜寻大型基因数据库,再利用算法来协助分析 DNA 序列,预测出含有特定序列的细菌所会产生的抗生素种类与结构,最后透过有机化学成功合成出新型、具活性的抗生素药物分子 Cilagicin。
F. Brady 教授表示,尽管算法的基因预测无法达到精准完美,但只要合成分子结构与细菌所产生的抗生素化合物相似,就可达到类似的作用。
根据研究结果显示, Cilagicin 药物会对人体细胞无危害,并能透过与两种可维持细菌细胞壁的分子 C55-P 与 C55-PP 结合,毒杀革兰氏阳性细菌。在动物实验中,也成功治疗了小鼠的细菌感染,并且对数种抗药性细菌皆有疗效。
不过 Cilagicin 距离进入临体试验还有很大一段距离。研究团队近期打算先优化该化合物,并在更多动物模型中实验不同的病原体疗效,盼能早日应用于临床中,缓解抗药性危机。
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1. https://www.rockefeller.edu/news/32306-a-synthetic-antibiotic-may-help-turn-the-tide-against-drug-resistant-pathogens/#:~:text=The%20synthetic%20antibiotic%20cilagicin%20was,neutralize%20even%20drug%2Dresistant%20bacteria.
2. https://www.science.org/doi/10.1126/science.abn4213