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定向优化的海南沼蛙temporin衍生肽抗耐甲氧西林金黄色葡萄球菌生物被膜机制及抗感染作用研究

批准号:
32060130
项目类别:
地区科学基金项目
资助金额:
35.0 万元
负责人:
张英霞
依托单位:
学科分类:
动物资源与保护
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
张英霞

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(MRSA)是社区和医院获得性感染的主要病原菌,能在受损宿主组织内形成生物被膜,增强细菌对药物的抵抗力,引起严重感染。因此新型抗菌药物研发迫在眉睫。本课题组发现海南沼蛙temporin抗菌肽结构简单,是分子改造的良好模板。本项目结合抗菌肽天然模板法和基于抗菌肽大数据分析的序列模板法,以抗MRSA活性为导向,进行temporin抗菌肽的优化设计。已获得抗MRSA活性突出、作用靶点不同的衍生肽GHaR与GHa11R,且具有抗生物被膜活性。为探索衍生肽作用机理及成药潜力,将深入开展temporin衍生肽的优化改造,辅以活性预测实现高通量筛选;确定不同衍生肽的细菌作用靶点,筛选与其有协同作用的抗生素;通过RNA-Seq测序等技术研究不同衍生肽抗生物被膜机制;并对体外抗感染效果进行评价。本研究着眼于两栖类皮肤活性多肽的研究,为新一代抗感染创新药物研发提供理论和分子基础。
英文摘要
Methicillin-resistant Staphylococcus aureus (MRSA) is the most commonly identified drug-resistant pathogen all over the world. MRSA has been considered a major cause of community-acquired and hospital-acquired infections that are becoming increasingly difficult to combat because of emerging resistance to all current antibiotic classes. MRSA can irreversibly attach to various surfaces to develop biofilms, such as on the damaged host tissue and implanted materials in clinic. Biofilm is defined as a community of bacterial cells enclosed in a protective and adhesive matrix of primarily polysaccharide material. The bacteria in biofilms are more resistant to antimicrobial agents than planktonic cells, which makes the infections difficult to eradicate caused by biofilm forming bacteria. Therefore, it is an urgent requirement to research and develop new antimicrobial agents. Antimicrobial peptides play an important role in innate immune system in organisms. It’s difficult for bacteria to develop resistance to antimicrobial peptides, leading them to a novel antibiotic candidate. In our previous study, temporin peptides of Hylarana guentheri containing 13 amino acid residues were identified, which are excellent templates for the optimization and development of novel antimicrobial peptides because of their short sequences and simple structures. In this study, natural-occurring peptide template method and sequence template method based on big data analysis of antimicrobial peptides will be used to optimize the design of temporin peptides. The high-throughput screening will be achieved through the prediction of antimicrobial activity by online tools. The derived peptide GHaR and GHa11R with outstanding anti-MRSA activity have been obtained. They showed different targets on bacterial cells. In order to design and screen antibacterial peptides with clear mechanism and excellent potential, we will carry out optimization of temporin derived peptides, investigate the mechanism of antibacterial and antibiofilm, and evaluate the anti-infection effect in vitro. This study focuses on the research and development of active polypeptide of amphibian skin, providing theoretical and molecular basis for the research and development of new generation of innovative anti-infection drugs.
抗生素滥用使细菌不断进化出多种耐药策略,因此治疗耐药菌感染成为全球医疗难题。金黄色葡萄球菌是临床常见病原体,可引起浅表皮肤感染和全身性疾病。近年医院和社区获得性耐甲氧西林金葡菌(MRSA)感染数量急剧增加,因此亟待开发新型抗生素。抗菌肽的广谱抗菌活性和低耐药性使其成为极有前景的治疗耐药菌感染的候选分子。.temporin抗菌肽含13个氨基酸残基,是已知最短的天然抗菌肽之一,因其结构简单,也是理想的抗菌肽分子优化设计模板。课题组从海南沼蛙皮肤中克隆得到temporin-GHa抗菌肽,其N端第4和11位分别含两个组氨酸(H)。利用生物信息学分析130余条temporin抗菌肽,发现赖氨酸(K)出现频率显著高于精氨酸(R)和H;而在抗MRSA肽和抗生物被膜肽中R出现频率显著增高。为定向改造获得具有高效抗MRSA和抗生物被膜肽,用R替换H,获得GHaR、GHa4R和GHa11R。GHaR和GHa11R抗MRSA活性显著提高,并具有良好的抗MRSA生物被膜活性。两者抗MRSA活性相当,但第11位氨基酸的差异使它们在细菌作用靶点上显示不同。GHaR直接破坏细菌细胞膜,使内容物泄露,细菌死亡;GHa11R对细胞膜完整性及细菌形态无明显影响,但能穿透细胞膜,改变膜电位,并进入细胞内干扰氨基酸代谢发挥抗菌作用。两者抗生物被膜机制也不同,GHaR通过减少胞外基质形成抑制被膜生成和清除成熟生物被膜,而GHa11R渗透到生物被膜内杀死被包裹的细菌。.GHaR和GHa11R有效促进MRSA感染的皮肤创面小鼠伤口愈合,减少细菌负荷,高剂量组效果优于莫匹罗星;同时显著降低模型动物的炎症因子水平,表明衍生肽可通过杀菌和抑制生物被膜作用减少感染引发的炎症反应。它们有效保护MRSA感染的中性粒细胞减少症小鼠,疗效与万古霉素相当,且无明显肾等器官毒性。.项目组将天然抗菌肽模板法与基于大数据分析的序列模板法相结合,以抗MRSA活性为导向,对temporin-GHa进行结构改造,获得的衍生肽具有:毒性低;分子小,易吸收;免疫原性低;稳定性高,易贮存;制备工艺简单,生产成本低等优点。本研究为设计高效低毒的抗MRSA肽类候选分子提供理论依据和策略。
海南沼蛙皮肤抗菌肽的结构与功能关系及其抗菌机理研究
  • 批准号:
    31560593
  • 项目类别:
    地区科学基金项目
  • 资助金额:
    40.0万元
  • 批准年份:
    2015
  • 负责人:
    张英霞
  • 依托单位:
花狭口蛙海南亚种皮肤Kph-hemolysin溶血活性及细胞毒活性研究
  • 批准号:
    30960053
  • 项目类别:
    地区科学基金项目
  • 资助金额:
    24.0万元
  • 批准年份:
    2009
  • 负责人:
    张英霞
  • 依托单位:
海南特有花狭口蛙海南亚种皮肤活性蛋白多肽的研究与利用
  • 批准号:
    30700128
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    16.0万元
  • 批准年份:
    2007
  • 负责人:
    张英霞
  • 依托单位:
国内基金
海外基金