基于生物信息学改造天然抗菌肽的研究

抗菌肽(AMPs)是一种小分子多肽,具有广谱抗菌、抗病毒、抗寄生虫、抗肿瘤细胞的作用,可促进动物生长发育,提高生产性能。因此,在替抗背景下,AMPs有望成为新型绿色“抗生素”。但天然AMPs存在抗菌活性低、毒性高、稳定性差等问题,限制了在畜禽生产中的应用。基于生物信息学方法,改造现有AMPs,可有效解决上述问题。文章综述了AMPs分子改造内容,常用的生物信息学分子设计和预测工具及改造AMPs的方法,为获得高活性且稳定的新型AMPs提供理论依据参考。

提高饲用抗菌肽稳定性的分子遗传设计策略

饲用抗菌肽具有特殊的物理破膜杀菌机制而不易产生耐药性,成为抗生素替代品的研发热点。但天然存在或是自主设计的抗菌肽均面临在体内环境稳定性低的问题,因此采用多种策略优化抗菌肽的相关特性对缓解上述问题具有重要意义。文章概述近年来通过分子遗传学手段提高抗菌肽盐离子和蛋白酶稳定性的各种策略,分析分子遗传手段在提高抗菌肽稳定性方面的优势和局限性,为今后抗菌肽的设计提供思路。

鱼源抗菌肽的分子设计与优化策略及其应用研究进展

抗菌肽因广谱抗菌性、热稳定性、不易产生耐药性等优点成为极具潜力的抗生素替代物。然而,天然抗菌肽活性差、毒性高、合成成本昂贵等问题限制了其进一步应用。近年来,天然抗菌肽的分子改造与设计成为国内外学者的研究热点。鱼类是天然抗菌肽的重要来源,本文综述了近年来鱼源抗菌肽的作用机制、分子设计与优化策略和在水产养殖中的应用,旨在提供对鱼源抗菌肽的全面了解和认识,为鱼源抗菌肽的开发和应用提供新思路。

抗菌肽MAF-1A洐生肽的设计及其抗白色念珠菌活性

目的探讨家蝇抗真菌肽-1A(MAF-1A)衍生肽的设计及其抗白色念珠菌(C.albicans)活性。方法采用序列截短及氨基酸残基替换法设计4条MAF-1A衍生肽,生物信息学分析其理化特性;取对数生长期C.albicans ATCC10231制备成浓度为(0.5~2.5)×10^(6)cfu/L的菌液,采用微量稀释法检测4条衍生肽对C.albicans的抗菌活性,另设MAF-1A组(25~1600 mg/L MAF-1A处理)、氟康唑(FLC)对照组(0.25~64.00 mg/L FLC处理);采集健康人全血,离心取血细胞制作重悬红细胞,与不同终浓度(25~400 mg/L)活性衍生肽混匀,分为MAF-1A组、MAF-1A22S3组、MAF-1A20S3组、MAF-1A18S5组、MAF-1A16S5组、阳性对照(0.1%Triton X-l00处理)及阴性对照组[磷酸盐缓冲溶液(PBS)处理],采用体外溶血实验检测各组红细胞的溶血率;制备(1.0~5.0)×10^(9)cfu/L菌液,与不同终浓度[1、2、4×最小抑菌浓度(MIC)]活性衍生肽稀释液混合,设MAF-1A组(1、2、4×MIC MAF-1A处理)和FLC(1、2、4×MIC FLC处理)对照组,分别于0、4、8、12、16、20及24 h取混合菌液100μL于沙氏葡萄糖琼脂培养基(SDA)平板上37℃培养,记录菌落数,绘制时间-杀菌曲线检测MAF-1A、MAF-1A22S3及FLC对C.albicans的杀菌动力学;制备1.0×10^(9)cfu/L C.albicans菌液,加不同终浓度(1、2、4×MIC)的活性衍生肽稀释液,设MAF-1A(1×MIC MAF-1A处理)、FLC(1×MIC FLC处理)对照组和阴性对照组(PBS处理),采用扫描电镜观察各组C.albicans的形态学改变。结果4条衍生肽对C.albicans均具有抗菌活性,MIC和MFC值均较模板肽MAF-1A降低,其中MAF-1A22S3的抗菌活性增加最为明显;衍生肽MAF-1A22S3、MAF-1A20S3溶血活性低于模板MAF-1A,其中MAF-1A22S3的溶血性最低(6×MIC范围内溶血率<5%);MAF-1A22S3对C.albicans具有较强的杀菌作用、且呈浓度依赖性,同浓度时杀菌效率强于模板肽MAF-1A和FLC对照组;衍生肽MAF-1A22S3作用后C.albicans细胞表面出现明显的凹陷、裂痕、胞质外溢、细胞皱缩及裂解死亡等病理改变,且细胞损伤程度与衍生肽浓度呈正相关。结论衍生肽MAF-1A22S3体外抗真菌效果明显,且体外溶血性低,其机制可能与破坏菌细胞的完整性有关。

天然抗菌肽的分子结构与功能特性研究进展

抗菌肽来源广泛,抑菌谱广,选择杀伤性强,作用速度快,在临床、医药、禽畜养殖、水产养殖和食品等行业都有良好的应用前景。然而,如今仍面临两大难题:一是与抗生素相比抑菌活力较弱,二是溶血活性和稳定性难以调控。需要人们对天然抗菌肽进行人工改造,从而获得高效、稳定、安全的抗菌肽产品。本文简述了抗菌肽的结构与功能关系,重点阐述影响抗菌肽活性的主要调控因素,如正电荷数、疏水性、两亲性、螺旋度、特殊氨基酸等。为对抗菌肽结构进行针对性设计改造提供了新思路。

抗菌肽分子结构对其活性的影响

抗菌肽是一种广泛存在于生物界的抵抗病原微生物入侵的小分子多肽,是生物先天免疫的重要组成部分,具有广谱抗菌活性和抗肿瘤、抗病毒、抗真菌、抗寄生虫及免疫调节等生物活性,其区别于传统抗生素的独特作用机理,使其不易产生耐药性,是一类极具潜力的肽类抗生素。抗菌肽多样的分子结构是其产生生物活性的基础,研究表明抗菌肽的正电荷数、水脂两亲结构、保守序列、α-螺旋、二硫键、铰链结构和氨基酸构型对抗菌肽的活性至关重要。围绕以上几个方面对抗菌肽进行分子设计和改造,人们有望更加有效地提高抗菌肽的抗菌活性,获得到更加高效、低毒的抗菌肽产品。现就抗菌肽的分子结构以及结构对活性的影响等方面做一综述。

抗菌肽研发现状及其改造策略

抗菌肽已成为替代抗生素来预防和控制疾病的潜在药物,但因其产量低,生产成本高而缺乏大规模生产的条件,因此,通过基因工程技术对抗菌肽进行改造成为必然。文章分析了抗菌肽的研发现状、抗菌肽的基因改造策略,介绍了在天然抗菌肽基础上开展的氨基酸残基设计、肽片段拼接设计、肽链的环合设计、计算机辅助设计、靶向设计和模拟生物模型设计等衍生肽的分子设计策略及通过融合表达、串联表达、多拷贝表达等基因重组技术制备抗菌肽的优势及抗菌肽表达调控等研究进展,为抗菌肽的低成本和规模化生产奠定理论基础。

抗菌肽的活性机制及其分子设计研究进展

抗菌肽是生物体在抵抗外来微生物入侵时产生的一类防御性小肽,在自然界分布广泛,是机体先天免疫系统的重要组成部分。与传统的抗生素相比,抗菌肽分子质量小、水溶性好、热稳定性好、抗菌机理独特、具有广谱的抗细菌、抗病毒、抗真菌、抗肿瘤等活性,且不易诱发细菌产生耐药性等特点。随着细菌耐药问题不断出现及新型抗菌肽的陆续发现,抗菌肽的抗菌活性、溶血性及细胞毒性的机制已成为研究的热点。笔者主要对抗菌肽的分子改造及活性机制的最近研究进展进行阐述,以期为抗菌肽的分子设计改造和应用提供科学的参考依据。

抗菌肽高效表达及生产优化研究进展

抗菌肽是基因编码、经外界诱导产生的一类多肽。在抗生素引发"耐药性"难题的时代,抗菌肽以广谱杀菌、不易产生耐药性、抗肿瘤、抗病毒等特点而拥有超越抗生素、造福人类的巨大潜能。然而,天然抗菌肽还需进行增强抗菌性和稳定性、降低细胞毒性等改造,并通过工业化改良实现大规模生产。因此现从抗菌肽改造设计、生产应用等最新研究做较为详细的综述。

抗菌肽结构与功能关系及分子改造研究进展

抗菌肽是生物体产生的一种具有抗菌活性的多肽小分子,具有广谱、特异性的抗菌、抗病毒、抗肿瘤等作用。研究表明抗菌肽的正电荷含量、疏水性和肽链结构对抗菌肽的活性至关重要的。围绕以上三个方面对抗菌肽进行分子设计和改造,以期更加有效地提高抗菌肽的抗菌活性,获得到更加高效、低毒的抗菌肽产品。该文主要通过抗菌肽结构与功能的关系,介绍抗菌肽分子设计的研究进展。

α-螺旋型抗菌肽结构参数与功能活性的关系

随着耐药病原菌出现,寻求更为安全有效的新型抗菌制剂迫在眉睫。抗菌肽具有广谱抗菌活性,杀菌快,不易产生耐药性等优点,是理想的新型抗菌剂,具有广阔前景。α-螺旋型抗菌肽是抗菌肽中的一大类。从α-螺旋型抗菌肽螺旋度,疏水力矩,疏水性,净正电荷数等方面阐述了结构与功能关系,及构效关系在α-螺旋抗菌肽分子设计与改造中的应用。

昆虫抗菌肽结构与功能关系及其在分子设计中的应用

昆虫抗菌肽在自然界分布广泛，结构多样，其作用机制尚未确切阐明，但其结构上的某些共同特征与其功能密切相关。同时，对其结构与功能间关系的研究有利于设计合成新的抗菌肽，为以后发现活性更强、毒性更低且作用广谱的抗菌素奠定基础。

两亲α-螺旋抗菌肽的分子设计研究现状与进展

抗菌肽以其广谱、快速、特异性作用及抗菌、抗病毒、抗肿瘤等活性,成为具有重要潜在价值的新型药物。最大限度地发挥其活性和降低毒性,是抗菌肽新药开发的首要问题。用分子设计手段改造抗菌肽已成为解决这一问题的关键。以两亲α-螺旋抗菌肽为对象,对分子设计过程中遵守阳离子性和两亲性的原则及影响活性的物理化学参数,可以采取序列修饰或全新设计的方法,以达到定向改造的目的。对分子设计在医药上的应用和发展前景进行了综述和展望。

阳离子抗菌肽分子设计的研究现状

随着传统抗生素的大量使用,许多病原微生物对抗生素产生了耐药性。不断寻找新一代的抗菌药物已经成为制药科研工作者的共有目标。阳离子抗菌肽具有相对分子量小、抗菌谱广、热稳定性好和抗菌机理独特等优点,有望成为新一代的抗菌药物。最大限度地提高其活性和稳定性、降低毒性和成本,是抗菌肽新药开发的首要问题。用分子设计手段改造抗菌肽已成为解决这一问题的关键。国内外的研究者在抗菌肽的分子设计方面做出了大量的努力,本文对抗菌肽的人工设计方法进行综述,分析了各种设计方法的优缺点,同时对抗菌肽分子设计的发展前景进行了展望。

抗菌肽的分子设计研究进展

抗菌肽因其具有广谱高效的抗菌特性,且不易引起耐药性,成为最有潜力的肽类抗生素。为使抗菌肽更加高效、低毒,需对天然抗菌肽进行分子设计改造。就影响抗菌肽抗菌活性的相关因素和分子设计方法等方面的研究进展进行了综述。

动物源抗菌肽的研究现状和展望

动物源抗菌肽是机体先天免疫系统的重要效应分子,因其具有广谱高效抗菌活性、细胞选择性及不易产生耐药性等特点,一直被人们认为是抗生素的理想替代品。此外,由于动物体自身分泌的抗菌肽远未达到抑制细菌所需浓度,因此其生物学功能不仅局限于抗菌活性。大量研究表明,抗菌肽不仅具有抗细菌、抗病毒、抗真菌、抗肿瘤等效果,在体内还表现出抗炎症反应、招募免疫细胞、促进上皮损伤修复、促进细胞吞噬细菌等重要作用。然而抗菌肽在一些方面的研究尚不透彻或存在争议,如抗菌肽是否存在耐药性以及通过重组表达技术生产的抗菌肽是否能安全有效地应用。关于抗菌肽的一些生物学功能与分子机制还有待系统深入的研究,如抗菌肽的构效关系、抗菌肽对益生菌的影响、抗菌肽与抗生素的互作效应、抗菌肽的稳定性及其吸收与代谢情况、营养物质调控内源抗菌肽的表达等。因此本文旨在从动物源抗菌肽的生物学功能、作用机制、稳定性与吸收、表达规律与营养调控、分子改良以及重组表达6个方面进行综述,为研发新型、高效、环保型抗生素替代品提供重要信息和策略。

抗菌肽的结构功能关系及分子设计的研究现状

抗菌肽是一种广泛存于自然界中具有广谱抗菌作用的小分子多肽。文章首先对抗菌肽的结构进行分类、从肽链长度、α-螺旋结构、疏水性、两亲性和净电荷5个方面分析了分子结构对活性的影响、并对抗菌肽的分子设计进行了综述,对其发展前景进行了展望。

牛血红蛋白β亚基片段衍生抗菌肽的分子设计及其抗菌活性分析

【目的】试验旨在获得分子质量小、溶血性低、稳定性好的抗菌肽。【方法】以牛血红蛋白β亚基的氨基酸序列为基础,以抗菌肽的构效理论为指导,筛选出1条多肽(YKK-18),并以其为模板肽设计了3条长度为18个氨基酸残基的改造多肽(LJ-1、LJ-2和DLK-3),通过最小抑菌浓度的测定反映4条多肽的抗菌活性,采用琼脂糖扩散法分析有抗菌活性多肽的热稳定性、酸碱稳定性、盐离子稳定性和反复冻融稳定性,用分光光度法测定有抗菌活性多肽的溶血性。【结果】设计的4条多肽均为带正电荷的亲水性多肽,与APD3数据库中收录的抗菌肽氨基酸序列相似性均低于50%,二级结构中均有较高含量的α-螺旋,改造多肽的两亲性程度均高于模板肽,模板肽对测试菌株没有抗菌活性,而改造多肽对测试的大肠杆菌、沙门菌、绿脓假单胞菌、葡萄球菌、白色念珠菌等均有不同程度的抗菌活性,其中DLK-3和LJ-1的抗菌活性优于LJ-2,但对奇异变形杆菌均没有抗菌活性,在100℃高温、pH 4.0~10.0、生理浓度的盐离子(Na~+、K~+、Ca、Mg、Fe、Cu)和14次反复冻融等条件下仍有较好的抗菌活性,DLK-3的溶血作用呈剂量依赖性,在200μg/mL时的溶血率已超过50%,而LJ-1和LJ-2的溶血率在高浓度(200μg/mL)时仍低于5%。【结论】本研究结果为抗菌肽的分子设计和改造提供了参考,获得的抗菌肽LJ-1和LJ-2具有成为抗生素替代物的潜力。

抗菌肽分子优化设计研究进展

抗菌肽(AMPs)是生物体内合成的一种具有抗菌活性的多肽类物质,对多种病原体乃至耐药性菌株具有明显的杀伤作用。但由于其易降解,活性不稳定等缺陷受阻于临床应用。随着抗菌肽数据库的发展,并在降低AMPs毒性、提高AMPs抑菌活性、增强AMPs稳定性及生物利用度、克服AMPs体内转运难题的原则指导下,对众多抗菌肽进行分子优化设计,旨在解决目前抗菌肽合成及活性的瓶颈,相信在不久的将来抗菌肽将成为临床上重要抗菌武器。

抗菌肽的分子设计方法及其分子结构特点

随着超级细菌的出现,一些传统抗生素将面临着被淘汰的风险,而抗菌肽因其抗菌谱广、不易导致耐药性等优点,有望成为理想的抗生素替代药物。利用分子设计方法对抗菌肽进行分子结构改造,降低其溶血性、提高抗菌活性是当前抗菌肽研究领域的一个重要方向。本文就抗菌肽的分子设计方法及其分子结构特点对抗菌活性的影响进行了综述,并简述了抗菌肽分子设计的应用前景。