Cell文章——耐药细菌的克星

在第一种抗生素——青霉素被发现 12 年后，耐药细菌就相继进入了人们的视野中。自此而后，人类便和细菌展开了漫长的“军备竞赛”。抗生素耐药性的上升和新抗生素的发现数量下降，造成了全球健康危机。近30年来，没有新的抗生素被批准用于治疗革兰氏阴性病原体。近日，普林斯顿大学的一个研究小组在《Cell》杂志上发表题名为A Dual-Mechanism Antibiotic Kills Gram-Negative Bacteria and Avoids Drug Resistance的文章，报告称，他们发现了一种具有双机制的抗生素SCH-79797，破坏细菌的细胞壁，靶向破坏细胞内的叶酸代谢，且几乎不会产生耐药性。

技术路线如下：

SCH-79797是一种广谱杀菌抗生素，耐药频率较低

为了评估对SCH-79797敏感的细菌种类谱，测量了SCH-79797对几种临床相关病理原的最小抑制浓度（MIC），发现SCH-79797显著阻碍了多种革兰氏阴性和革兰氏阳性病原体的生长，包括淋病奈瑟菌、鲍曼杆菌和粪肠球菌，以及金黄色葡萄球菌。SCH-79797显示了强大和快速的灭杀大肠杆菌LPTD4213菌株活性。鲍曼杆菌已成为一种重要的革兰氏阴性病原体，在其动物模型中SCH-79797发挥了良好的治疗作用。连续25天的抗生素与耐药金黄色葡萄球菌MRSA共培养显示，SCH-79797使用过程中没有耐药细菌的产生。

细菌谱表明SCH-79797与现有抗生素不同的机制来发挥作用

使用定量成像技术来确定SCH-79797的MoA是否与任何先前描述的抗生素相似。具有类似MoA的抗细菌药会导致相似的死亡表型，这样通过量化细菌在死亡时的出现方式，可以了解死亡原因。分析应用到37个已知MoA的康生和SCH-79797进行集中模拟训练，我们使用一个单向的MANOVA方法，通过降维来消除自然共变度量的影响，如细胞长度和细胞周长。通过邻域表示向量对聚类处理组进行聚类，使得邻域相似的样本能够聚集在一起。这一分析表明SCH-79797导致了一种不同于其他测试抗生素的表型死亡状态。

热转变蛋白质组分析表明SCH-79797与二氢叶酸还原酶结合

为了确定SCH-79797作用靶点，使用热转变蛋白质组进行分析。这是一种使用质谱法来比较有无药物治疗的整个蛋白质组的热稳定性的方法，与药物结合的蛋白质是热稳定的，这会导致这些蛋白质沉淀的温度升高。SCH-79797处理完整细胞和细胞膜，发现它显著改变了FolA二氢叶酸还原酶（DHFR同系物）的热稳定性，表明SCH-79797进入大肠杆菌直接与FolA结合。

为了验证SCH-79797与DHFR结合的生理意义和物种特异性，利用CRISPR干扰技术敲出菌种中的叶酸代谢基因。使用甲氧苄啶作为检测的阳性对照，SCH-79797作用方式与甲氧苄啶类似。

SCH-79797与其他二氢叶酸还原酶抑制剂不同，会破坏膜的完整性

    流式结果表明，SCH-79797还具有破坏细胞膜的功能。

SCH-79797模拟叶酸代谢和膜完整性破坏剂的联合治疗，但比联合治疗更有效

利用SCH-79797杀菌特性，选取通过这两种途径抑菌的抗生素进行疗效比对。发现SCH-79797模拟叶酸代谢和膜完整性破坏剂的联合治疗，但比联合治疗更有效。

SCH-79797的衍生物（IRS-16）显示出强力清除小鼠阴道淋球菌的能力

    利用SCH-79797母核结构开发新的衍生物，获得疗效更好的IRS-16，IRS-16具有更好的抑菌作用，抑菌作用机制与SCH-79797完全相同，细胞毒性更小，肝代谢清除更缓慢。动物实验中，能有效灭杀淋病球菌。

SCH-79797具有两个独立的细胞靶标，叶酸代谢和细菌膜完整性，并且在杀死耐甲氧西林的金黄色葡萄球菌（MRSA）持久剂方面优于联合治疗。开发的强效衍生物IRS-16，并在小鼠阴道感染模型中显示了其对淋病奈瑟菌的功效。