靠裂解酶這(zhè)張“嘴” 噬菌體輕松“吃掉”超級細菌

　　在人或動物的腸道(dào)、口腔及生殖道(dào)内，普遍存在著(zhe)一種(zhǒng)“共生菌”——糞腸球菌。近年來研究發(fā)現，由于新型抗生素的研制速度遠遠趕不上耐藥菌的進(jìn)化速度，部分糞腸球菌耐藥性嚴重，逐漸演變成(chéng)“超級細菌”。
　　俗話說(shuō)“一物降一物”，“超級細菌”的天敵又會(huì)是誰呢？來自福建師範大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院、南方生物醫學(xué)研究中心歐陽松應教授認爲，噬菌體或能(néng)做到。日前，他們課題組在國(guó)際病原學(xué)雜志《公共科學(xué)圖書館-病原體》上發(fā)表研究稱，一個結構類似“八爪魚”的裂解酶“LysIME-EF1”，能(néng)夠高效裂解多種(zhǒng)糞腸球菌臨床株，具有巨大的潛在應用價值。

　　歐陽松應表示，“LysIME-EF1”可以作爲生物前體，用來開(kāi)發(fā)針對(duì)糞腸球菌臨床株的生物藥物，最終解決攻克耐藥細菌的難題，而噬菌體療法有望成(chéng)爲人類對(duì)抗細菌的最後(hòu)一道(dào)防線。
　　細菌越來越“聰明” 進(jìn)化出一系列“逃生”策略
　　糞腸球菌是一種(zhǒng)革蘭氏陽性菌，又名糞鏈球菌，可引起(qǐ)人的心内膜炎、菌血症、泌尿道(dào)感染及腦膜炎等多種(zhǒng)疾病。在需氧革蘭氏陽性菌導緻的醫院内感染中，其緻病率僅次于葡萄球菌。在全球範圍内每年由于糞腸球菌感染而導緻死亡的人數高達1.7萬，并且還(hái)在逐年攀升。
　　近年來，由于抗生素的長(cháng)期和大量不規範使用，糞腸球菌獲得性耐藥性不斷上升，治療糞腸球菌感染日益困難。“細菌耐藥性又稱抗藥性，是指細菌暴露于抗細菌藥物（如常用的抗生素）時(shí)發(fā)生改變，使得這(zhè)些藥物逐漸失去效果，不能(néng)發(fā)揮抗菌作用。”歐陽松應說(shuō)。
　　據介紹，糞腸球菌長(cháng)期對(duì)抗藥物，已經(jīng)越來越“聰明”，進(jìn)化出一系列“逃生”策略：能(néng)通過(guò)改變青黴素結合蛋白的結構，降低與青黴素的親和力使藥物失效，來“逃避”被殺死的命運；能(néng)編碼産生青黴素酶來降解青黴素，實現對(duì)青黴素這(zhè)類抗生素的耐藥性；它還(hái)能(néng)形成(chéng)生物包被膜，將(jiāng)自己緊緊包裹在膜内，從而使藥物作用失敗。
　　究其原因，歐陽松應分析，對(duì)抗糞腸球菌藥物大多數爲多年前所研發(fā)，更新換代速度慢；有些糞腸球菌在形态結構上産生耐藥性變化，同時(shí)糞腸球菌耐藥機理研究不透徹，缺乏相應的實驗數據指導藥物開(kāi)發(fā)。因此，目前急需解決的問題是徹底了解糞腸球菌耐藥機理，爲藥物研發(fā)提供理論基礎。
　　“随著(zhe)細菌耐藥性問題的日益突出，特别是農業農村部規定2020年起(qǐ)飼料中全面(miàn)禁止添加抗生素，尋找新的抗菌制劑已刻不容緩。”歐陽松應表示，而噬菌體及其裂解酶，因具備高效殺菌能(néng)力，被譽爲糞腸球菌的“天敵”。
　　“撕碎”細菌細胞壁 噬菌體及其裂解酶成(chéng)抗菌“生力軍”
　　噬菌體及其裂解酶爲什麼(me)能(néng)抗菌？其抗菌機理與現有藥物有什麼(me)不同？
　　歐陽松應告訴科技日報記者，噬菌體是指能(néng)夠“吃”細菌的一些病毒，它在地球的每個角落随處可見，在泥土、動物内髒、人類手上等，都(dōu)可以找到噬菌體的蹤影。“幸運的是，它對(duì)人體無害，隻能(néng)專門以細菌爲生。而且每種(zhǒng)噬菌體幾乎隻‘吃’一種(zhǒng)細菌，因此它們能(néng)靶向(xiàng)特異的緻病細菌。同時(shí)，它有自限性，一旦針對(duì)的細菌群被消滅，其數量將(jiāng)銳減，不會(huì)在體内大量存活。”歐陽松應說(shuō)。
　　裂解酶即噬菌體的“嘴巴”，它的作用在于撕碎細菌的細胞壁，在與細菌細胞壁接觸的數秒内，就(jiù)可以“撕碎”細菌細胞壁，并能(néng)高效裂解多種(zhǒng)細菌。據歐陽松應介紹，由于噬菌體是病毒，它對(duì)細菌的攻擊是“物理攻擊”，産生耐藥性的可能(néng)性遠小于抗生素，因而不存在抗藥性問題，故可作爲一種(zhǒng)潛在的抗菌藥物，而且制備效率高、費用低。
　　早在上世紀70年代，就(jiù)有科學(xué)家用噬菌體療法，治好(hǎo)了500例因抗生素使用過(guò)度導緻菌群失調的嬰幼兒。這(zhè)些孩子們因患敗血症或肺炎, 接受2到3周抗生素治療後(hòu)，導緻體内發(fā)生菌群失調，出現腹瀉、體重減輕等現象。經(jīng)噬菌體及雙歧杆菌治療後(hòu), 從腹瀉症狀減輕和體重增加情況來看, 所有患兒的症狀都(dōu)有明顯臨床改善。
　　當前，國(guó)内關于噬菌體裂解酶的研究起(qǐ)步較晚，大部分研究還(hái)處于實驗室階段。本次研究中，歐陽松應團隊分離獲得噬菌體“IME-EF1”，并找到該噬菌體的裂解酶基因，將(jiāng)該裂解酶命名爲“LysIME-EF1”。研究發(fā)現，“LysIME-EF1”能(néng)夠裂解從臨床上分類的多種(zhǒng)糞腸球菌。
　　結構似“八爪魚” 具備捕殺糞腸球菌超能(néng)力
　　相比其他病菌，糞腸球菌對(duì)環境适應力和抵抗力強，如在被裂解的過(guò)程中，容易形成(chéng)生物包被膜，裂解酶從外部需要突破包被膜，才能(néng)直接作用于細菌。同時(shí)，該病菌細胞壁較厚，所需裂解時(shí)間稍長(cháng)。面(miàn)對(duì)如此“狡猾”的對(duì)象，“LysIME-EF1”如何捕殺糞腸球菌？
　　歐陽松應團隊在研究中發(fā)現，“LysIME-EF1”由一個水解細菌細胞壁的功能(néng)域和一個結合細菌細胞壁的功能(néng)域組成(chéng)。結合功能(néng)域像一個八爪魚的“吸盤”，由4個分子組成(chéng)，它能(néng)牢牢地吸住“獵物”糞腸球菌。而水解功能(néng)域呈現球狀，像八爪魚的“頭部”連在“吸盤”上，中間通過(guò)柔性“脖子”連接。當“吸盤”吸住獵物後(hòu)，球狀“嘴巴”便通過(guò)柔性“脖子”吃掉獵物。
　　“‘LysIME-EF1’能(néng)夠高效裂解，與其結構的獨特性密不可分。”歐陽松應進(jìn)一步解釋，與其他裂解酶不一樣的獨特結構，提高了它與細菌的結合能(néng)力，并且結構上的4個分子和催化功能(néng)域都(dōu)是由一個基因編碼，而其他裂解酶結合功能(néng)域隻有一個分子，這(zhè)賦予“LysIME-EF1”高效裂解多種(zhǒng)糞腸球菌臨床株的超能(néng)力，催化活性和裂解範圍比其他的裂解酶高效和寬廣。
　　歐陽松應團隊還(hái)通過(guò)流式細胞分篩技術及細菌裂解實驗，找到了裂解酶“LysIME-EF1”與細胞壁結合的關鍵位點，填補了相關機制研究的空白。裂解酶與細菌細胞壁的結合過(guò)程是裂解酶發(fā)揮裂解活性必不可少的一個步驟，由于細菌細胞壁成(chéng)分複雜，一直以來，很難徹底了解裂解酶是如何結合到細菌細胞壁。他們通過(guò)分析裂解酶“LysIME-EF1”的結構，發(fā)現其底部“吸盤”結構帶有正電荷，推測可能(néng)與細胞壁上某些帶負電荷的組分結合。他們進(jìn)一步開(kāi)展系列實驗，結果驗證了他們的推測并找到了關鍵結合位點。
　　“針對(duì)這(zhè)些位點，我們可以開(kāi)展相關實驗，通過(guò)提高裂解酶與細菌細胞壁的結合能(néng)力來提高裂解活性。”歐陽松應表示，他們打算根據這(zhè)個裂解酶的結構特征，采用計算機模拟的方法，确定能(néng)與其結合的底物，從而拓展它的應用。
　　歐陽松應告訴記者，他們的研究首次從結構和功能(néng)角度闡明了“LysIME-EF1”的作用機理，對(duì)開(kāi)發(fā)針對(duì)糞腸球菌臨床株的生物藥物具有重要意義。目前，這(zhè)種(zhǒng)裂解酶對(duì)近30株臨床上引起(qǐ)尿道(dào)感染、敗血症、化膿性腹部感染等的緻病性糞腸球菌，都(dōu)擁有很高的裂解活性。下一步，團隊將(jiāng)根據相關結構信息，開(kāi)展裂解酶“LysIME-EF1”的改造工作，擴寬裂解譜，同時(shí)建立相關動物模型，加快臨床研發(fā)的進(jìn)程。