抗菌肽Temporin-PTa的改造及其抑菌机理的研究

Antimicrobial peptides are considered to be one of the most promising antibacterial alternatives to antibiotics. However, their antibacterial mechanism is to date not well understood which restricts the formation of antimicrobial peptides with high activity. In addition, broad-spectrum antibacterial agents are also difficult to develop. This application is aimed at reconstructing the composition of the antimicrobial peptide Temporin-PTa based on helix domain interceptionand amino acid substitution. The antibacterial ability of antibacterial peptide Temporin-PTa and its mutants combined with the technology of RNA-seq will be examined, and the metabolic pathways and target genes of different antimicrobial peptides in anaerobic condition will be investigated. The results will clarify the mechanism of significant difference of the bactericidal ability of Temporin-PTa's mutants. This work will have important scientific value in studying the relationship between structure and function of antimicrobial peptides and their corresponding bactericidal mechanism, and provide meaningful theoretical support for the design and development of new types of antibacterial peptides.

抗菌肽被认为是最有前景能够替代抗生素的抗菌药物之一，但其抑菌机理研究相对薄弱，制约了高活力抗菌肽的改造，不利于广谱高效的新一代抗菌药物开发。本项目利用螺旋结构域截取和氨基酸替换原理，对抗菌肽Temporin-PTa的组成进行人工改造，并在此基础上结合数字基因表达谱RNA-seq技术，研究抗菌肽Temporin-PTa与其突变体的抗菌能力差异；探索其不同组成类型抗菌肽在厌氧条件下杀菌的信号通路和作用靶基因；阐明其杀菌能力差异明显的机理。本项目预期的研究结果对研究抗菌肽结构和功能的关系及其杀菌机理具有重要的科学价值，并为设计和开发新型高活力抗菌肽提供一定的理论依据。

细菌耐药已经成为全球关注的重要科学问题，尤其是随着超级细菌的爆发给人类生命健康安全带来了重要威胁。研究新型抗菌肽用于杀灭临床耐药细菌的实验机理及开发一批候选多肽药物，具有重要的科学价值与应用意义。本项目在国家自然科学基金委的支持下，首先利用螺旋结构域截取和氨基酸替换原理，对抗菌肽Temporin-PTa的组成进行人工改造，结合体外药敏测试等实验，筛选获得个别氨基酸改变后抑菌差异明显的抗菌肽类似物，并在此基础上结合荧光标记、透射电镜等技术手段，研究抗菌肽Temporin-PTa与其突变体的抗菌能力差异，尤其是明确了抗菌肽快速在细菌细胞膜上打洞，从而导致细菌细胞内容物外泄以至于细菌凋亡的机理；探索了不同组成类型抗菌肽在在不同类型耐药细菌上的杀菌效果异同，尤其是筛选到一批能够杀灭临床耐药细菌的抗菌肽，为临床应用奠定了良好的实验基础。本项目内容在生物化工团队全体成员的努力下，3年多来形成发明专利成果6项，授权5项（含美国专利1项），发表研究论文3篇（IF总和>14.0），联合发表高水平研究综述论文1篇（IF>11.0），培育项目主持人荣获与国家基金研究相关的后续研究项目：湖南省优秀青年科学基金、湖南省重点研发计划项目（区域合作项目），培育团队教师获得湖南省自然科学基金1项。本项目的研究结果对研究抗菌肽结构和功能的关系及其杀菌机理具有重要的科学价值，同时也为设计和开发临床耐药细菌（鲍曼不动杆菌、金黄色葡萄球菌与肺炎克雷伯菌）的新型高活力抗菌肽提供了重要理论依据与实验样本。