上世纪二三十年代以来,抗生素的发现和应用拯救了无数人的生命。如果说之前人类因其受益,那么,如今全世界则不得不致力于解决抗生素滥用所导致的后果——耐药细菌的出现及传播。

 

今年9月,出席联合国大会的193个成员国签署宣言承诺加强管制抗生素。在各国采取行动推动抗生素减量使用的同时,科学家们也在积极寻找研制抗生素的替代品。

 

中国农业科学院饲料研究所就有这样一支长期致力于抗菌肽及抗生素替代品研究的团队。今年,24名欧美学者在学术期刊《柳叶刀·传染病》联署综述,将团队参与开发的真菌防御素类抗菌肽列为传统抗生素理想替代物之首。11月16日,在深圳举办的第十八届中国国际高新技术成果交易会上,该团队研发的专抗革兰氏阳性菌的新型抗菌肽制剂获优秀产品奖。

 

近日,中国农业科学院饲料研究所研究员、该研究团队首席科学家王建华就其研究进展接受了《中国科学报》记者的采访。

 

 

“超级细菌”之外还有“超超级细菌”!日前,华南农业大学发现了一种“超超级细菌”,据报道,这种耐药细菌因携带了一个杂合质粒而对碳青霉烯类和粘菌素两种药物同时耐药,其中,后者一直被视为人类抵抗耐药菌的“最后一道防线”。

 

随着一个个“超级细菌”被发现,耐药细菌的阵容愈发齐整强大。世界各国也逐渐意识到,抗生素滥用以及耐药细菌的出现正成为全球共同面临的一大严峻危机。

 

尤其是今年以来,该问题引发空前关注。今年9月,杭州G20公报承诺将“推动谨慎使用抗生素”;同月,出席联合国大会的193个成员国签署宣言承诺加强管制抗生素。8月,我国卫计委联合14个部门发文呼吁全社会共同行动遏制耐药性发展。

 

除政策上加强监管,从技术上来说,寻找替代品也是实现减少抗生素使用目标的一种思路。目前,抗生素替代品研制正成为生物医药领域的优先课题,其中,抗菌肽因其对细菌具有广谱高效杀菌活性,且又不容易产生耐药性而成为抗生素替代品的“希望之星”。

 

资料显示,1980年,瑞典科学家第一次在蚕蛹中诱导产生了具有抗菌活性的多肽。此后,科学家们相继从细菌、真菌、两栖类、昆虫、高等植物、哺乳动物乃至人体中发现并分离获得具有抗菌活性的多肽。

 

“抗菌肽是一类具有生物活性的小分子多肽,是生物先天免疫系统的重要组成部分,其来源极其广泛,具有广谱的抗菌作用,细菌不易对其产生耐药性。”王建华告诉《中国科学报》记者。

 

在国家农业科技创新工程、“863”计划、国家科技支撑计划及自然科学基金持续交叉支持下,王建华带领研究团队对抗革兰氏阳性菌抗菌肽、抗革兰氏阴性菌抗菌肽、Lfcin及其衍生肽的分子结构、基因表达、杀菌特性及杀菌机理等展开了系列研究。

 

 

11年前,菌丝霉素的发现可谓让人眼前一亮。2005年,科学家从一种从生长于北欧松林地表的腐生子囊菌中首次分离出了一种防御素——菌丝霉素,其通过阻碍细菌细胞壁合成从而阻止病菌繁殖,对革兰氏阳性菌(如葡萄球菌、链球菌、肺炎双球菌等)具有较强防御作用。

 

菌丝霉素的衍生物NZ2114则是通过高通量突变获得的比母体肽更为优良的衍生肽,其对金黄色葡萄球菌抗菌活性明显提高,比母体肽提高30倍以上。为进一步增强NZ2114抗金黄色葡萄球菌(以下简称金葡菌),尤其是对抗甲氧西林耐药型金黄色葡萄球菌(以下简称MRSA)的抗菌活性,王建华团队对NZ2114进一步改造,得到突变体MP1102。

 

实验证明,MP1102的MRSA的抗菌活性是NZ2114的15倍。举例来说,如果MP1102以5mg/kg、10mg/kg和20mg/kg浓度治疗金葡菌感染小鼠,在12小时内能杀灭90%金葡菌。

 

同时,MP1102对引起气性坏疽、食物中毒等多种疾病的产气荚膜梭菌亦有抗菌活性。“机理研究显示,MP1102对产气荚膜梭菌具有破坏细胞膜和干扰胞内DNA的双重杀菌机制。”王建华表示,无论是和菌丝霉素、NZ2114相比,还是和杆菌肽锌、金霉素和维吉尼亚霉素等其他抗生素比较,MP1102的对产气荚膜梭菌的抗菌活性都更为优异。

 

此后,该团队又在菌丝霉素序列中引入带净正电荷和疏水氨基酸,设计抗菌肽MP1106,使其抗金葡菌的活性比母体肽提高近40倍。为提高菌丝霉素杀菌靶向性,研究团队将金葡菌信息素连接于菌丝霉素,构建金葡菌靶向抗菌肽。结果表明,靶向抗菌肽对目标菌具有特异杀菌作用,对其他益生菌如芽孢杆菌、乳酸链球菌、粪肠球菌等均未表现出抑菌活性。

 

不仅如此,王建华团队还相继建立菌丝霉素、NZ2114、MP1102、MP1106的高效生产体系,实现该系列产品的高效分泌表达,产量分别为748 mg/L、2390 mg/L、695 mg/L和2134 mg/L,为同类型抗菌肽表达产量最高值。

 

该团队的工作引起了国际同行的高度关注。24名欧美学者在今年出版的《柳叶刀·传染病》联署综述,将该团队参与开发的真菌防御素类抗菌肽列为“传统抗生素理想替代物之首”。

 

 

11月16日,在深圳举办的第十八届中国国际高新技术成果交易会上,王建华团队研发的“专抗革兰氏阳性菌的新型抗菌肽制剂”项目获优秀产品奖。

 

抗菌肽产业是一个新兴的生物技术产业,长期以来,由于抗菌肽来源广、种类多,加之分子质量小、自然界含量低,存在分离纯化难、化学合成成本高等难题,亟待建立转基因高效低成本生产途径。王建华团队的工作,在抗菌肽产品设计、低成本生产等一系列瓶颈技术上取得了突破。

 

德国抗菌微生物研究代表学者汤加·施耐德(Tanja Schneider)等认为,该团队研发的专抗革兰氏阳性球菌的真菌防御素类抗菌肽高效生产平台具有低成本、易操作、产率高等优点,极具开发前景。

 

王建华向记者透露,MP系列若干品种已经完成中试,具备可产业化水平,启动部分评价实验,拥有自主知识产权。

 

除了真菌防御素研究方面的系列工作之外,王建华团队还同时在海蚯蚓肽及其衍生肽、Lfcin 及其衍生肽的分子结构、重组表达、杀菌特性及杀菌机理等领域开展了持续研究。例如,王建华团队在海蚯蚓肽3的衍生肽NZ17074基础上设计衍生肽N2和N6。与母体肽相比,N2和N6对革兰氏阴性菌病原菌抗菌活性显著提高,同时具有较强环境稳定性。同时,该团队还成功获得了具有活性的重组抗菌肽。

 

王建华表示,抗菌肽对畜禽具有促生长和治疗疾病的功能,是无毒、无害、无残留的绿色产品,有望成为抗生素的替代品。“抗菌肽饲料添加剂的产业化以及在猪、鸡、鱼等饲料中的推广应用,对减少传统饲用抗生素的使用及遏制病原菌耐药性的产生非常有意义。”他说。

 

抗菌肽领域奠基人之一米歇尔·札斯洛夫(Michael Zasloff)在其今年出版的专著中对中国科学家的研究予以了高度评价。他表示,王建华团队研发的真菌防御素与其他两种抗菌肽极有可能成为抗菌肽成功进入临床治疗领域的三名“第一届毕业生”。