《PNAS》賓大研究:改造版胡蜂毒素 有望成細菌抗藥性新解方

2020/10/14
《PNAS》賓大研究:改造版胡蜂毒素 有望成細菌抗藥性新解方
近(12)日,賓州大學佩雷爾曼醫學院的研究團隊,利用來自韓國黃胡蜂毒液的胜肽成分加以修飾,成為具有高抗菌效果、但不傷及人類細胞的特殊蛋白,有望開發成為新型抗生素,應用於敗血症或結核感染的治療上。

《PNAS》賓大研究:改造版胡蜂毒素 有望成細菌抗藥性新解方 (圖片來源:網路)

2020.10.14 環球生技雜誌 / 記者 吳培安 編譯 

近(12)日,賓州大學佩雷爾曼醫學院(Perelman School of Medicine, University of Pennsylvania)的研究團隊,利用來自韓國黃胡蜂(Korean yellow-jacket wasp, 學名Vespula lewisii)毒液的胜肽成分加以修飾,成為具有高抗菌效果、但不傷及人類細胞的特殊蛋白,有望開發成為新型抗生素,應用於敗血症或結核感染的治療上。這份研究發表在最新的《美國國家科學院院刊》(PNAS)中。

研究團隊表示,這種胡蜂毒液中的主成分之一——蜂毒蛋白-L (mastoparan-L),對細菌具有中等毒性;雖然蜂螫的低劑量對人類不至於造成嚴重傷害,但其可能會破壞紅血球、誘發過敏免疫反應,甚至對特定人造成致死的過敏性休克(anaphylaxis),使其血壓過低並造成呼吸困難、甚至窒息。

因此,研究團隊從數百個已知抗菌胜肽的結構資料庫中,搜索出一種被稱為「五肽功能單位」(pentapeptide motif)的小區域,其與抗菌功能的強度有關。接著,研究團隊將蜂毒蛋白-L序列中,可能會造成人類細胞毒性的序列,和五肽功能單位交換,做出蜂毒蛋白的改造版(縮寫為mast-MO)。

接著,他們將mast-MO用於受大腸桿菌(E. coli)或金黃色葡萄球菌(S. aureus)感染、並誘發敗血症的老鼠身上。結果顯示,這兩種細菌感染的小鼠存活率可達到80%,且未出現明顯的毒性反應;相較之下,施加未經改造的蜂毒蛋白-L的感染小鼠,其存活率偏低,高劑量組甚至出現嚴重的毒性副作用。

研究團隊認為,mast-MO已經大大降低對人類細胞的傷害能力,且其抗菌效果甚至可與現有的抗生素,例如gentamicin或imipenem這兩種急需替代方案的抗生素相匹敵。

此外,mast-MO能夠在細菌的外膜(outer membranes)構造上打洞,可以和其他抗生素併用,同時加速白血球聚集,增加清除細菌的效率。研究團隊也認為,mast-MO也有降低過度免疫反應的效果。

目前,研究團隊已經製造出數十種蜂毒蛋白的變體,其中幾種具有顯著的抗菌效果、同時對人類細胞沒有毒性。未來,他們期待能將其中幾種開發成為新型抗生素,也可以透過類似的方法,探索將其他毒素開發成抗生素候選的可能性。

根據美國疾病管制預防中心(CDC)統計,每年有將近300萬名美國人,受到具抗生素耐受性的細菌感染,並有超過3.5萬人因此死亡。2017年,全世界甚至有將近20%的死亡案例,是因為抗生素耐受性細菌的感染引發敗血症。

 

參考資料:

https://www.pennmedicine.org/news/news-releases/2020/october/penn-medicine-scientists-engineer-bacteria-killing-molecules-from-wasp-venom