噬菌体展示技术与可逆化学反应的结合——“窄谱”抗生素的开发简单易行

细菌对抗生素产生抗性已经成为不可忽视的问题，“超级细菌”的报道屡见不鲜，而广谱抗生素的滥用对此“功不可没”。近日，波士顿学院的高建民（点击查看介绍）团队通过噬菌体展示技术成功筛选出针对金黄色酿脓葡萄球菌和鲍氏不动杆菌的特异性多肽，为研究者们提供了一种开发“窄谱”抗生素的方法。

广谱抗生素的滥用不仅会加速自然界中细菌耐药性的增长，而且会影响人体中的益生菌。理想状态下，对于细菌感染最好是“对症下药”，即在知道细菌种类的情况下，使用专门针对该种细菌的抗生素，避免影响与之无关的微生物。有关这种抗生素的报道并不多见，而在已有的报道中大多使用特异性抗体作为引导物。特异性抗体的开发耗时费力，而且需要比较高的投入。相比之下，建立一个大的多肽库，并从中筛选出有选择性而且与目标物结合力高的多肽显得更有效率。

筛选多肽的方法有很多种，其中一种比较成熟并且应用广泛的技术就是噬菌体展示技术。与普通方式不同，该团队第一次尝试在多肽上加入了一种“弹头分子”。通过还原并修饰噬菌体PIII蛋白中的双硫键，该团队成功利用建立了一个含有临-乙酰基苯基硼酸（2-APBA）的多肽库。2-APBA的作用是追踪细菌细胞膜表面存在的经过赖氨酸修饰的磷酸甘油酯（Lys-PG），在之前的一篇报道中，2-APBA被证明可以与Lys-PG在水环境中形成亚胺结构，而且由于硼与氮形成的配价键，该结构比普通的亚胺更稳定（Nat. Commun., 2015, DOI: 10.1038/ncomms7561）。在多肽库中增加2-APBA的结构可以让筛选出的多肽与细菌细胞膜表面的氨基共价结合，而这种结合在生物环境中是可逆的。事实证明，这种共价结合力至关重要，在对照实验中，在未加入这种“弹头分子”的多肽库中无法筛选出与目标细菌结合力比较强的多肽。

通过此方法，该团队成功筛选出分别对金黄色酿脓葡萄球菌和鲍氏不动杆菌有特异性结合力的多肽，相应的EC₅₀值低至1.5和0.3 μM。这些多肽不仅可以特异性地识别和标记目标细菌，而且在连接上伊红以后，成功地在光照下杀死细菌，所需浓度仅为2 μM；作为对照，大肠杆菌和枯草杆菌在此浓度却不受影响。这些结果表明，将细菌作为整体，筛选出“窄谱”抗生素是可行的。研发针对其他类型细菌的抗生素，此方法仍可一试。

这一成果被发表在化学权威期刊J. Am. Chem. Soc. 上，文章第一作者是波士顿学院博士生Kelly McCarthy。

该论文作者为：Kelly A. McCarthy, Michael Kelly, Kaicheng Li, Samantha Cambray, Azade Hosseini, Tim Van Opijnen, Jianmin Gao

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：

Phage Display of Dynamic Covalent Binding Motifs Enables Facile Development of Targeted Antibiotics

J. Am. Chem. Soc., 2018, 140, 6137–6145, DOI: 10.1021/jacs.8b02461

导师介绍

高建民

http://www.x-mol.com/university/faculty/2147