新研究揭示抗生素與細菌的作用原理，德國Minerva Biolabs助力科研

抗生素是一類常見的抵抗細菌的成分，在細胞培養領域也廣泛應用。

日益嚴重的抗生素耐藥性威脅要求在研發過程中進行創新。然而，我們對臨床上成功的抗生素如何殺死細菌的理解仍然有限。更深入地了解細胞死亡之前，以及導致細胞死亡的細胞效應，將有助于改進抗感染策略。

肽聚糖合成(PGS)是構建細菌細胞壁的核心途徑。這一過程的原理在所有有細胞壁的細菌中都是相似的；然而，在構成細胞壁生物合成機制(CWBM)的蛋白質組，及其時空組織中存在差異。

臨床上高度相關的革蘭氏陽性病原體金黃色葡萄球菌是研究PGS的一個成熟的模式生物，因為CWBM蛋白組相對較小，缺乏長體機制或類似的外周PGS活性。

在細胞分裂間隔處產生空間集中的PGS。金黃色葡萄球菌中的PGS開始于一系列細胞內生化步驟，導致最終前體分子脂質II的形成。脂質II構建塊由二糖五肽(glcacc - murnac -l- ala -γ-d-Glu-l-Lys-d-Ala-d-Ala)結合到細胞質膜內小葉上的十一烯基焦磷酸鹽(C55PP)載體脂質。脂質II轉位到細胞質膜外葉是由特定的翻轉酶完成的，較為明顯的是MurJ。轉糖基酶(TGase)將雙糖單元聚合為肽聚糖鏈并釋放載體脂質。轉肽酶(TPases)將相鄰鏈的五肽側鏈交聯，形成致密的分子細胞壁網。該反應由青霉素結合蛋白(PBPs) PBP1 - PBP4完成，其中PBP1和PBP2在金黃色葡萄球菌中是必需的。PBP2是**能同時催化TGase和TPase反應的雙功能PBP，因此被描述為金黃色葡萄球菌的主要肽聚糖合成酶。

CWBM的成分是許多抗生素的關鍵靶點，包括一些臨床最相關的類別，如β -內酰胺和糖肽。β -內酰胺抗生素通過不可逆地結合到TPase活性位點來抑制酶功能，從而直接抑制pbp。相反，糖肽抗生素結合到脂質II和初生肽聚糖中的d-Ala-d-Ala端，從而阻礙TGase和TPase底物的進入。盡管糖肽和β -內酰胺的分子靶點不同，但它們誘導的細胞效應經常被比較，因為它們都干擾細胞壁生物合成的最后階段。因此，在使用任何一類抗生素治療后，由于細胞壁的不穩定，細胞總體上有共同的命運。同樣，使用這些藥物治療也會導致PBP2的離域，這表明對金黃色葡萄球菌CWBM的時空組織有巨大影響。

細菌細胞壁的生物合成與細胞分裂密切協調。在包括金黃色葡萄球菌在內的多個物種中，細胞分裂間隔是PGS的主要區域。細菌細胞分裂的關鍵蛋白是細胞質FtsZ(絲狀溫度敏感突變體z)，它聚合成絲狀。這些細絲通過單個FtsZ分子的鳥苷三磷酸酶(GTPase)活性在細胞中部凝結成一個z形環。這些細絲的動態前端組裝和末端拆卸導致FtsZ細絲沿z環圓周作圓周運動，這被稱為踏銑。這一過程使z環凝結，隨后為間隔細胞壁生物合成提供了支架。在金黃色葡萄球菌中，FtsZ踏銑已被證明對早期鼻中隔狹窄是必要的。然而，CWBM完全組裝在隔膜后，它被證明是多余的。這清楚地表明細胞分裂過程和PGS是多么緊密地相互關聯。可以肯定的是，一些CWBM成分已被證明是正確的細胞分裂所必需的。然而，PGS在細胞分裂過程中的確切作用尚不清楚。更不清楚CWBM靶向抗生素如何干擾細胞分裂。

近日，研究人員以前所未有的細節描述了抗生素萬古霉素、特拉萬辛和唑拉西林對金黃色葡萄球菌細胞分裂的時空組織的影響，這些抗生素對PGS有不同的靶向作用。

抗生素可以作用于細菌污染，但當細胞實驗發生支原體污染的時候，抗生素就變得無能為力了。這時就需要支原體祛除試劑來幫忙了。締一生物公司代理的德國MB支原體祛除試劑，高效清除支原體污染。

相關研究發表在《Science Advances》上，文章標題為：“Inhibition of peptidoglycan synthesis is sufficient for total arrest of staphylococcal cell division”。

研究發現，這些抗生素通過對PGS的抑制活性，在治療后幾分鐘內對細菌細胞分裂產生了巨大的影響。該研究提供的證據表明，在沒有PGS功能的情況下，FtsZ踏車不能驅動鼻中隔收縮，這表明PGS在金黃色葡萄球菌細胞分裂過程中對鼻中隔收縮至關重要。在這方面，該研究結果強調了主肽聚糖合成酶蛋白PBP2作為隔膜閉合的驅動因素的特殊作用。

研究人員發現糖肽和β -內酰胺的**個細胞效應指向細胞分裂，比以前預期的更具體和復雜。總的來說，該項工作有助于更深入地了解抗生素靶向細胞壁生物合成的細胞效應。

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