家蝇天蚕素Cec4及其衍生肽抑制鲍曼不动杆菌的作用与机制研究

Acinetobacter baumannii is called "super bacteria" in china, which is easy to cause drug resistance. It is an urgent to develop new, safe and effective antibiotics. Owing to antimicrobial peptide with broad-spectrum bactericidal, it has been a hot spot in the development of antibacterial drug. Compared with similar antimicrobial peptide and commercial antibiotic polymyxin B, the antimicrobial peptide cecropin Cec4 discovered by our group possess good antibacterial effect in Acinetobacter bacteria. However，the mechanism is still un-clear. Therefore, we will determine the functional domains of Cec4, and detect their bactericidal effect in resistant Acinetobacter baumannii with sequence optimizing. Besides, the effect of serum and salt ions influence the anti-bacterial function of the optimized small peptide should be detected. Study the Sterilization mechanism of optimized small peptide to Acinetobacter baumannii with exploring its destructive effect on the biofilm under different conditions, and analyze its toxicity in human red blood cells and cell lines. Simultaneously, animal experiments to assess the bactericidal effect of optimized small peptides in vivo. The goal is to intensively understand the mechanism of optimized small peptide on the bactericidal of acinetobacter baumannii. Eventually, a safe and efficient antimicrobial peptides on drug-resistant Acinetobacter baumannii will be screened, and lay the foundation of the Musca domestica cecropin becoming an antimicrobial agents.

被称为“超级细菌”的鲍曼不动杆菌极易产生耐药，急需研发新型、安全、高效的抗菌药物。抗菌肽具有广谱杀菌功能，已成为抗菌药物开发的热点。本项目的前期研究工作发现，家蝇天蚕素抗菌肽Cec4，与同类抗菌肽及商用抗生素多粘菌素B相比，对鲍曼不动杆菌有较好的抗菌效果，但潜在的机制尚不清楚。因此，本课题组拟研究天蚕素Cec4的功能结构域，进行序列优化，测定优化小肽对各种耐药鲍曼不动杆菌杀菌效果，检测血清、盐离子等影响优化小肽抗菌功能的因素；评估优化小肽对不同条件下生物被膜的破坏效果，并分析其对人红细胞及细胞系的毒性；动物水平研究优化小肽在体内的杀菌效果，以深入理解其对鲍曼不动杆菌的杀菌机制。最终筛选出安全高效的抗耐药鲍曼不动杆菌抗菌肽，为家蝇天蚕素成为抗菌药物奠定基础。

鲍曼不动杆菌可导致医院获得性肺炎、血流感染、术后和外伤颅内感染、腹腔感染、泌尿系感染，以及皮肤软组织感染等。由于其耐药能力快速进化及抗鲍曼不动杆菌抗生素的缺乏，促使我们加快寻找新型抗菌药物。本项目的前期研究发现，家蝇天蚕素Cec4，与同类抗菌肽及商用抗生素多粘菌素B相比，对鲍曼不动杆菌有较好的抗菌效果，但潜在的机制尚不清楚。因此，课题组拟研究天蚕素Cec4的功能结构域，进行序列优化，测定优化小肽对各种耐药鲍曼不动杆菌杀菌效果，检测血清、盐离子等影响优化小肽抗菌功能的因素；评估小肽对不同条件下生物被膜的破坏效果，并分析其对人红细胞及细胞系的毒性；动物水平研究小肽在体内的杀菌效果，以深入理解其对鲍曼不动杆菌的杀菌机制。该项目的研究结果发现新型家蝇抗菌肽Cec4 对鲍曼不动杆菌具有较好抑菌活性,能在较短的时间内清除鲍曼不动杆菌,其抗菌能力持续24 h 以上。在钠离子强度、胰蛋白酶、pH值等不同影响因素作用下,家蝇抗菌肽Cec4都具有较好的稳定性。抗菌肽Cec4能破坏细菌细胞膜的完整性，导致胞内物质大量的外泄；能进入细菌细胞内，并影响胞内DNA、RNA、蛋白的合成。此外，抗菌肽Cec4对研究中收集的200株临床耐碳青霉烯类鲍曼不动杆菌（Carbapenem-resistant Acinetobacter baumannii, CRAB）的最小抑菌浓度（Minimum inhibitory concentration，MIC）为4μg/ml，充分说明其对临床耐药菌的抗菌能力。研究发现抗菌肽Cec4在256-512μg/ml能清除200株CRAB形成的生物被膜，此外通过扫描电镜和激光扫描共聚焦显微显示抗菌肽Cec4能破坏成熟的生物被膜结构。体内毒性研究表明抗菌肽Cec4对秀丽隐杆线虫和小鼠的急性毒性较小，推测其生物安全性较高，且表现出治疗泛耐药鲍曼不动杆菌感染的潜力。鲍曼不动杆菌对抗菌肽Cec4的耐率极低，其耐药机制可能和外排基因的高表达有关。综上，本研究证实Cec4具有较好的抗耐药鲍曼不动杆菌能力，不易产生耐药且生物安全性高，有望成为新型抗菌药物。