新加坡南洋理工大學(NTU Singapore)的科學家開發出一種合成胜肽,當與傳統抗生素一起使用時,可以使多重抗藥菌再次對抗生素敏感,這為聯合治療策略的前景提供了希望,以解決某些抗生素抗藥問題感染。合成抗菌胜肽本身也可以殺死對抗生素產生抗藥性的細菌。

根據世界衛生組織的數據,每年全球估計有 70 萬人死於抗生素抗藥性疾病。在沒有新療法的情況下,到 2050 年,由抗性超級細菌引起的感染每年可能會在全球範圍內殺死 1000 萬人,超過癌症。當細菌能夠識別並阻止本來會殺死它們的藥物穿過它們的細胞壁時,它們就會產生抗生素抗藥性。

不斷發展的 COVID-19 大流行加劇了這種威脅,入院的患者經常接受抗生素治療以控制繼發性細菌感染,從而增加了抗藥病原體出現和傳播的機會。

由金伯利克萊恩副教授和瑪麗陳教授領導的南洋理工大學新加坡團隊開發了一種名為 CSM5-K5 的抗菌胜肽,其中包含殼聚醣( chitosan)的重複單元,一種在甲殼類動物殼中發現的醣,與細菌細胞壁的結構相似,以及重複單元氨基酸( lysine)離氨酸。

科學家們認為,殼聚醣與細菌細胞壁的結構相似性有助於胜肽與其相互作用並嵌入其中,導致細胞壁和細胞膜出現缺陷,最終殺死細菌。

該團隊在生物膜上測試了這種胜肽,生物膜是細菌的黏糊糊的外殼,可以粘附在醫院的活組織或醫療設備等表面上,傳統抗生素難以滲透。

在實驗室預先形成的生物膜和小鼠傷口上形成的生物膜中,NTU 開發的肽在四到五個小時內殺死了至少 90% 的細菌菌株。

在單獨的實驗中,當 CSM5-K5 與細菌在其他方面具有抗藥性的抗生素一起使用時,與單獨使用 CSM5-K5 時相比,殺死了更多的細菌,這表明該胜肽使細菌重新對抗生素敏感(有作用)。這種聯合療法中使用的抗生素濃度也低於通常規定的濃度。

該研究結果於 2020年5 月發表在科學雜誌ACS 傳染病(ACS Infectious Diseases )期刊上

南大新加坡環境生命科學工程中心 (SCELSE) 首席研究員金伯利·克萊恩副教授說:“我們的研究結果證實,我們的抗菌胜肽無論是單獨使用還是與常規抗生素聯合使用,都能有效對抗多重耐藥菌。 . 與抗生素一起使用時,它的效力會增加,再次恢復細菌對藥物的敏感性。更重要的是,我們發現我們測試的細菌對我們的胜肽幾乎沒有產生抗性,隨著世界努力對抗不斷上升的抗生素耐藥性,胜肽療法使其成為抗生素的有效和可行的補充,作為可行的合併治療。”

南大抗菌生物工程中心主任瑪麗陳教授說:“雖然努力的重點是應對 COVID-19 大流行,但我們還應該記住,抗生素抗藥性仍然是一個日益嚴重的問題,在這種情況下,患者會出現繼發性細菌感染可能會使事情複雜化,對醫療環境構成威脅。例如,病毒性呼吸道感染可能會使細菌更容易進入肺部,導致細菌性肺炎,這通常與 COVID-19 相關。”

抗菌胜肽有效的原理

帶有正電荷的抗菌胜肽通常透過與帶負電荷的細菌膜結合而起作用,破壞細胞膜並最終導致細菌死亡。胜肽帶的正電荷越多,它與細菌結合從而殺死細菌的效率就越高。

然而,胜肽對宿主的毒性也隨著肽的正電荷而增加——它在殺死細菌時會損害宿主生物的細胞。同樣來自南洋理工大學生物科學學院的克萊恩副教授說,因此,迄今為止,工程抗菌肽取得的成功有限。

NTU 團隊設計的肽,稱為 CSM5-K5,當它應用於細菌生物膜時,能夠聚集在一起形成納米顆粒。與單鏈胜肽的活性相比,這種聚集對細菌細胞壁產生更集中的破壞作用,這意味著它具有高抗菌活性,但不會對健康細​​胞造成不應有的損害。

為了單獨檢查 CSM5-K5 的功效,南洋理工大學的科學家開發了單獨的生物膜,其中包含甲氧西林(methicillin)抗藥性的金黃色葡萄球菌,通常稱為 MRSA 超級細菌;一種高毒的多重耐藥大腸桿菌菌株(MDR E. Coli);和耐萬古黴素的糞腸球菌 (vancomycin-resistant Enterococcus faecalis,簡稱VRE)。MRSA 和 VRE 被美國疾病控制和預防中心歸類為嚴重威脅。

在實驗室實驗中,CSM5-K5 在處理四小時後殺死了 99% 以上的生物膜細菌。在小鼠受感染的傷口中,NTU 開發的抗菌胜肽殺死了 90% 以上的細菌。

當 CSM5-K5 與傳統抗生素一起使用時,NTU 團隊發現,與僅使用 CSM5-K5 時相比,這種組合方法導致實驗室形成的生物膜和小鼠感染傷口中的細菌進一步減少,這證明抗菌胜肽使細菌對它們原本會產生抗藥性的藥物敏感。

更重要的是,南大團隊發現所研究的三種細菌菌株(MRSA、VRE 和 MDR 大腸桿菌)對 CSM5-K5 幾乎無法抵抗。雖然 MRSA 對 CSM5-K5 產生了低程度的抗藥性,但這使得 MRSA 對它在其他方面具有抗藥性的藥物更加敏感。

陳教授說:“隨著細菌不斷進化和聰明應對抗生素,僅靠開發新藥已不足以對抗難以治療的細菌感染,尋找創新方法來解決相關的難以治療的細菌感染很重要,例如解決細菌的防禦機制。一種更有效和經濟的對抗細菌的方法是透過像我們這樣的聯合治療方法。”

該團隊的下一步是探索如何將這種聯合治療方法用於罕見疾病或傷口敷料。

參考文獻:

Kishore R. V. Thappeta, Yogesh S. Vikhe, Adeline M. H. Yong, Mary B. Chan-Park, Kimberly A. Kline. Combined Efficacy of an Antimicrobial Cationic Peptide Polymer with Conventional Antibiotics to Combat Multidrug-Resistant PathogensACS Infectious Diseases, 2020; 6 (5): 1228 DOI: 10.1021/acsinfecdis.0c00016

    全站熱搜

    鄭醫師的部落格 發表在 痞客邦 留言(0) 人氣()