抗菌肽叩響抗生素替代大門

6政治局委員胡春華聽取抗菌肽展台彙報。王建華供圖

上世紀二三十年代以來，抗生素的發現和應用拯救了無數人的生命。如果說之前人類因其受益，那麼，如今全世界則不得不致力解決抗生素濫用所導致的後果——耐葯細菌的出現及傳播。

今年9月，出席聯合國大會的193個成員國簽署宣言承諾加強管制抗生素。在各國採取行動推動抗生素減量使用的同時，科學家們也在積極尋找研製抗生素的替代品。

中國農業科學院飼料研究所就有這樣一支長期致力於抗菌肽及抗生素替代品研究的團隊。今年，24名歐美學者在學術期刊《柳葉刀·傳染病》聯署綜述，將團隊參與開發的真菌防禦素類抗菌肽列為傳統抗生素理想替代物之首。11月16日，在深圳舉辦的第十八屆中國國際高新技術成果交易會上，該團隊研發的專抗革蘭氏陽性菌的新型抗菌肽製劑獲優秀產品獎。

近日，中國農業科學院飼料研究所研究員、該研究團隊首席科學家王建華就其研究進展接受了《中國科學報》記者的採訪。

耐葯細菌危機亟待化解

「超級細菌」之外還有「超超級細菌」！日前，華南農業大學發現了一種「超超級細菌」，據報道，這種耐葯細菌因攜帶了一個雜合質粒而對碳青黴烯類和粘菌素兩種藥物同時耐葯，其中，後者一直被視為人類抵抗耐葯菌的「最後一道防線」。

隨著一個個「超級細菌」被發現，耐葯細菌的陣容愈發齊整強大。世界各國也逐漸意識到，抗生素濫用以及耐葯細菌的出現正成為全球共同面臨的一大嚴峻危機。

尤其是今年以來，該問題引發空前關注。今年9月，杭州G20公報承諾將「推動謹慎使用抗生素」；同月，出席聯合國大會的193個成員國簽署宣言承諾加強管制抗生素。8月，我國衛計委聯合14個部門發文呼籲全社會共同行動遏制耐藥性發展。

除政策上加強監管，從技術上來說，尋找替代品也是實現減少抗生素使用目標的一種思路。目前，抗生素替代品研製正成為生物醫藥領域的優先課題，其中，抗菌肽因其對細菌具有廣譜高效殺菌活性，且又不容易產生耐藥性而成為抗生素替代品的「希望之星」。

資料顯示，1980年，瑞典科學家第一次在蠶蛹中誘導產生了具有抗菌活性的多肽。此後，科學家們相繼從細菌、真菌、兩棲類、昆蟲、高等植物、哺乳動物乃至人體中發現並分離獲得具有抗菌活性的多肽。

「抗菌肽是一類具有生物活性的小分子多肽，是生物先天免疫系統的重要組成部分，其來源極其廣泛，具有廣譜的抗菌作用，細菌不易對其產生耐藥性。」王建華告訴《中國科學報》記者。

在國家農業科技創新工程、「863」計劃、國家科技支撐計劃及自然科學基金持續交叉支持下，王建華帶領研究團隊對抗革蘭氏陽性菌抗菌肽、抗革蘭氏陰性菌抗菌肽、Lfcin及其衍生肽的分子結構、基因表達、殺菌特性及殺菌機理等展開了系列研究。

傳統抗生素的理想替代物

11年前，菌絲黴素的發現可謂讓人眼前一亮。2005年，科學家從一種從生長於北歐松林地表的腐生子囊菌中首次分離出了一種防禦素——菌絲黴素，其通過阻礙細菌細胞壁合成從而阻止病菌繁殖，對革蘭氏陽性菌（如葡萄球菌、鏈球菌、肺炎雙球菌等）具有較強防禦作用。

菌絲黴素的衍生物NZ2114則是通過高通量突變獲得的比母體肽更為優良的衍生肽，其對金黃色葡萄球菌抗菌活性明顯提高，比母體肽提高30倍以上。為進一步增強NZ2114抗金黃色葡萄球菌（以下簡稱金葡菌），尤其是對抗甲氧西林耐葯型金黃色葡萄球菌（以下簡稱MRSA）的抗菌活性，王建華團隊對NZ2114進一步改造，得到突變體MP1102。

實驗證明，MP1102的MRSA的抗菌活性是NZ2114的15倍。舉例來說，如果MP1102以5mg/kg、10mg/kg和20mg/kg濃度治療金葡菌感染小鼠，在12小時內能殺滅90%金葡菌。

同時，MP1102對引起氣性壞疽、食物中毒等多種疾病的產氣莢膜梭菌亦有抗菌活性。「機理研究顯示，MP1102對產氣莢膜梭菌具有破壞細胞膜和干擾胞內DNA的雙重殺菌機制。」王建華表示，無論是和菌絲黴素、NZ2114相比，還是和桿菌肽鋅、金黴素和維吉尼亞黴素等其他抗生素比較，MP1102的對產氣莢膜梭菌的抗菌活性都更為優異。

此後，該團隊又在菌絲黴素序列中引入帶凈正電荷和疏水氨基酸，設計抗菌肽MP1106，使其抗金葡菌的活性比母體肽提高近40倍。為提高菌絲黴素殺菌靶向性，研究團隊將金葡菌信息素連接於菌絲黴素，構建金葡菌靶向抗菌肽。結果表明，靶向抗菌肽對目標菌具有特異殺菌作用，對其他益生菌如芽孢桿菌、乳酸鏈球菌、糞腸球菌等均未表現出抑菌活性。

不僅如此，王建華團隊還相繼建立菌絲黴素、NZ2114、MP1102、MP1106的高效生產體系，實現該系列產品的高效分泌表達，產量分別為748 mg/L、2390 mg/L、695 mg/L和2134 mg/L，為同類型抗菌肽表達產量最高值。

該團隊的工作引起了國際同行的高度關注。24名歐美學者在今年出版的《柳葉刀·傳染病》聯署綜述，將該團隊參與開發的真菌防禦素類抗菌肽列為「傳統抗生素理想替代物之首」。

開發前景可期

11月16日，在深圳舉辦的第十八屆中國國際高新技術成果交易會上，王建華團隊研發的「專抗革蘭氏陽性菌的新型抗菌肽製劑」項目獲優秀產品獎。

抗菌肽產業是一個新興的生物技術產業，長期以來，由於抗菌肽來源廣、種類多，加之分子質量小、自然界含量低，存在分離純化難、化學合成成本高等難題，亟待建立轉基因高效低成本生產途徑。王建華團隊的工作，在抗菌肽產品設計、低成本生產等一系列瓶頸技術上取得了突破。

德國抗菌微生物研究代表學者湯加·施耐德（Tanja Schneider）等認為，該團隊研發的專抗革蘭氏陽性球菌的真菌防禦素類抗菌肽高效生產平台具有低成本、易操作、產率高等優點，極具開發前景。

王建華向記者透露，MP系列若干品種已經完成中試，具備可產業化水平，啟動部分評價實驗，擁有自主知識產權。

除了真菌防禦素研究方面的系列工作之外，王建華團隊還同時在海蚯蚓肽及其衍生肽、Lfcin 及其衍生肽的分子結構、重組表達、殺菌特性及殺菌機理等領域開展了持續研究。例如，王建華團隊在海蚯蚓肽3的衍生肽NZ17074基礎上設計衍生肽N2和N6。與母體肽相比，N2和N6對革蘭氏陰性菌病原菌抗菌活性顯著提高，同時具有較強環境穩定性。同時，該團隊還成功獲得了具有活性的重組抗菌肽。

王建華表示，抗菌肽對畜禽具有促生長和治療疾病的功能，是無毒、無害、無殘留的綠色產品，有望成為抗生素的替代品。「抗菌肽飼料添加劑的產業化以及在豬、雞、魚等飼料中的推廣應用，對減少傳統飼用抗生素的使用及遏制病原菌耐藥性的產生非常有意義。」他說。

抗菌肽領域奠基人之一米歇爾·札斯洛夫（Michael Zasloff）在其今年出版的專著中對中國科學家的研究予以了高度評價。他表示，王建華團隊研發的真菌防禦素與其他兩種抗菌肽極有可能成為抗菌肽成功進入臨床治療領域的三名「第一屆畢業生」。