出品：科普中國

作者：歐陽浩淼（中國科學院微生物研究所）

監(jiān)制：中國科普博覽

抗生素是現代醫(yī)學中的重要武器，當我們體內的一些細菌對健康造成威脅時，就需要抗生素來殺死細菌，直到我們恢復健康。

提到抗生素，大家還會想到“耐藥性”。由于抗生素的濫用，以及細菌的快速變異，會導致有些細菌能夠抵抗抗生素，使抗生素失去了效用。

那么，有沒有一種抗生素可以突破“耐藥性”的局限，更好地幫助我們獲得健康呢？

抗生素是如何發(fā)揮作用的呢？

我們的身體中有很多的細菌，這是一種微小的生物，有些細菌是對身體有益的細菌，例如益生菌等；然而有些“壞”細菌會對我們的身體造成威脅，讓我們感到不舒服，引起感冒、發(fā)燒等，這時候就需要抗生素出場了。

抗生素就像是一支軍隊里專門針對這些細菌的“大炮”，當它找到敵人——細菌時，就會開始對細菌進行攻擊。有些抗生素能夠直接破壞細菌的細胞壁或者細胞膜，從而殺死“壞”細菌；有些抗生素則是像是狙擊手一樣，可以進到細菌體內，精準地打擊它的關鍵部位；還有些抗生素則是像是特工一樣，潛伏在細菌內部，破壞它們的生存環(huán)境，讓“壞”細菌變得軟弱無力，最后被我們的免疫系統(tǒng)打敗。當抗生素開始和細菌戰(zhàn)斗時，它們就會不斷地攻擊細菌，直到細菌被全部干掉為止，這樣我們就可以很快康復。

新型抗生素：像魔術貼一樣纏住細菌

從抗生素作用的原理中，我們可以發(fā)現破壞細菌的細胞壁是一種非常有效的殺死細菌的方法?？茖W家們也在這個方向進行了大量的研究，包括阻斷細胞壁的合成，破壞細胞壁的結構等。那么，除了上述的方法，還有沒有其他手段呢？

近期，荷蘭烏得勒支大學研究人員在《自然·微生物學》上發(fā)表他們的最新發(fā)現，一種名為菌絲霉素的小分子抗生素可以組裝成較大結構，鎖定在細菌細胞表面，就像魔術貼兩側鉤環(huán)密合粘在一起那樣，使細菌無法逃脫，從而無法繼續(xù)感染身體細胞。這一令人興奮的發(fā)現，可能為抗生素開發(fā)帶來突破性進展，對開發(fā)能對抗耐藥菌的新型抗生素具有重要意義。

這種菌絲霉素是一類由真菌菌絲體中產生的具有抗菌活性的酶，例如來源于松露菌的抗菌霉素-Plectasin。這種抗生素的獨特之處在于，它不僅僅通過簡單的化學結合來抑制細菌，而是通過一種巧妙的自組裝機制來增強其抗菌活性，這就是抗生素菌絲酶的“魔術貼機制”。

簡單來說，這種小分子抗生素能夠組裝成較大的結構，鎖定在細菌細胞表面，就像魔術貼兩側鉤環(huán)密合粘在一起那樣，使細菌無法逃脫，從而無法繼續(xù)感染身體細胞。

以菌絲酶Plectasin為例，想要形成能殺死細菌的“魔術貼”，抗生素菌絲酶需要經過這幾步：

1. 鈣離子觸發(fā)自組裝

菌絲酶Plectasin在鈣離子的存在下，會產生構象變化，使其具備自組裝的能力，從而有效地自組裝在細菌表面。

2. 靶向細菌細胞壁前體脂質 II

一旦菌絲酶Plectasin發(fā)生構象變化，它們能夠高效且選擇性地識別并結合細菌細胞壁前體脂質 II（Lipid II），這個過程類似于鑰匙插入鎖中。由于脂質 II 是細菌細胞壁合成過程中不可或缺的前體物質，因此這種結合也是自組裝過程的關鍵步驟。

3. 自組裝形成超分子結構

在細菌細胞表面，菌絲酶Plectasin分子進一步相互作用，形成密集的超分子結構。這些結構通過多點結合的方式，牢固地附著在細菌膜上，這種自組裝形成了一個類似“魔術貼”的致密超分子結構，牢牢地鎖定在細菌表面。這種多點結合不僅增強了酶分子在細菌表面的穩(wěn)定性，還提高了其抗菌效果。。

4. 抑制細菌細胞壁合成

當這些超分子結構形成后，這些超分子復合物就像附著在細菌“環(huán)”上的微小“鉤子”，鉤住其目標脂質 II，從而阻止脂質 II去合成新的細胞壁，最終導致細菌失去結構完整性和功能，從而死亡。在這個過程中，即使某個脂質 II從“鉤子”上掙脫，細菌仍被鎖定在大量“鉤子”中無法逃脫，無法引起進一步感染。

“魔術貼”的示意圖

（圖片來源：《自然·微生物學》）

通過“魔術貼”的獨特作用機制，菌絲酶Plectasin具備應對多重耐藥性細菌的潛力，這也使其成為了當前抗生素耐藥性危機中的一個重要的研究方向。

抗生素設計新思路：重視藥物自組裝效率

除了Plectasin，科學家還發(fā)現許多抗生素可能都利用了類似這種自組裝的“魔術貼機制”來增強其抗菌活性。這一發(fā)現也為抗生素的設計提供了新思路：不僅要考慮藥物與靶標的結合能力，還需要重視藥物自組裝的效率。借鑒這種機制，未來可能開發(fā)出能夠更有效對抗細菌感染的藥物，從而應對日益嚴重的抗生素耐藥性問題。

此外，科學家對抗生素菌絲酶在人體內的效果和安全性也進行了研究。結果表明，這種抗生素在動物實驗中能夠抵抗由金黃色葡萄球菌、大腸桿菌和銅綠假單胞菌等引起的感染。下一步將通過臨床試驗進一步評估其在人類中的應用前景。

抗生素耐藥性是全球醫(yī)療保健系統(tǒng)面臨的重大挑戰(zhàn)。耐藥性細菌的出現使得許多傳統(tǒng)抗生素失去了效果。抗生素菌絲酶的“魔術貼機制”研究為抗生素的研究和開發(fā)開辟了新的途徑，通過理解和利用藥物的自組裝機制，科學家們可以設計出更有效的抗菌藥物，這對未來的抗菌治療提供了寶貴的思路。這不僅可以延長現有抗生素的使用壽命，還可能開發(fā)出對抗耐藥性細菌的新武器。

希望這一發(fā)現能夠激發(fā)更多研究，推動抗生素開發(fā)進入一個新的時代，從而保護人類健康免受細菌感染的威脅。

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