中央政治局委員、廣東省委書(shū)記胡春華（左）聽(tīng)取抗菌肽展臺(tái)匯報(bào)。王建華供圖
上世紀(jì)二三十年代以來(lái)，抗生素的發(fā)現(xiàn)和應(yīng)用拯救了無(wú)數(shù)人的生命。如果說(shuō)之前人類因其受益，那么，如今全世界則不得不致力于解決抗生素濫用所導(dǎo)致的后果——耐藥細(xì)菌的出現(xiàn)及傳播。
今年9月，出席聯(lián)合國(guó)大會(huì)的193個(gè)成員國(guó)簽署宣言承諾加強(qiáng)管制抗生素。在各國(guó)采取行動(dòng)推動(dòng)抗生素減量使用的同時(shí)，科學(xué)家們也在積極尋找研制抗生素的替代品。
中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院飼料研究所就有這樣一支長(zhǎng)期致力于抗菌肽及抗生素替代品研究的團(tuán)隊(duì)。今年，24名歐美學(xué)者在學(xué)術(shù)期刊《柳葉刀·傳染病》聯(lián)署綜述，將團(tuán)隊(duì)參與開(kāi)發(fā)的真菌防御素類抗菌肽列為傳統(tǒng)抗生素理想替代物之首。11月16日，在深圳舉辦的第十八屆中國(guó)國(guó)際高新技術(shù)成果交易會(huì)上，該團(tuán)隊(duì)研發(fā)的?？垢锾m氏陽(yáng)性菌的新型抗菌肽制劑獲優(yōu)秀產(chǎn)品獎(jiǎng)。
近日，中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院飼料研究所研究員、該研究團(tuán)隊(duì)首席科學(xué)家王建華就其研究進(jìn)展接受了《中國(guó)科學(xué)報(bào)》記者的采訪。
耐藥細(xì)菌危機(jī)亟待化解
“超級(jí)細(xì)菌”之外還有“超超級(jí)細(xì)菌”！日前，華南農(nóng)業(yè)大學(xué)發(fā)現(xiàn)了一種“超超級(jí)細(xì)菌”，據(jù)報(bào)道，這種耐藥細(xì)菌因攜帶了一個(gè)雜合質(zhì)粒而對(duì)碳青霉烯類和粘菌素兩種藥物同時(shí)耐藥，其中，后者一直被視為人類抵抗耐藥菌的“最后一道防線”。
隨著一個(gè)個(gè)“超級(jí)細(xì)菌”被發(fā)現(xiàn)，耐藥細(xì)菌的陣容愈發(fā)齊整強(qiáng)大。世界各國(guó)也逐漸意識(shí)到，抗生素濫用以及耐藥細(xì)菌的出現(xiàn)正成為全球共同面臨的一大嚴(yán)峻危機(jī)。
尤其是今年以來(lái)，該問(wèn)題引發(fā)空前關(guān)注。今年9月，杭州G20公報(bào)承諾將“推動(dòng)謹(jǐn)慎使用抗生素”；同月，出席聯(lián)合國(guó)大會(huì)的193個(gè)成員國(guó)簽署宣言承諾加強(qiáng)管制抗生素。8月，我國(guó)衛(wèi)計(jì)委聯(lián)合14個(gè)部門(mén)發(fā)文呼吁全社會(huì)共同行動(dòng)遏制耐藥性發(fā)展。
除政策上加強(qiáng)監(jiān)管，從技術(shù)上來(lái)說(shuō)，尋找替代品也是實(shí)現(xiàn)減少抗生素使用目標(biāo)的一種思路。目前，抗生素替代品研制正成為生物醫(yī)藥領(lǐng)域的優(yōu)先課題，其中，抗菌肽因其對(duì)細(xì)菌具有廣譜高效殺菌活性，且又不容易產(chǎn)生耐藥性而成為抗生素替代品的“希望之星”。
資料顯示，1980年，瑞典科學(xué)家第一次在蠶蛹中誘導(dǎo)產(chǎn)生了具有抗菌活性的多肽。此后，科學(xué)家們相繼從細(xì)菌、真菌、兩棲類、昆蟲(chóng)、高等植物、哺乳動(dòng)物乃至人體中發(fā)現(xiàn)并分離獲得具有抗菌活性的多肽。
“抗菌肽是一類具有生物活性的小分子多肽，是生物先天免疫系統(tǒng)的重要組成部分，其來(lái)源極其廣泛，具有廣譜的抗菌作用，細(xì)菌不易對(duì)其產(chǎn)生耐藥性。”王建華告訴《中國(guó)科學(xué)報(bào)》記者。
在國(guó)家農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新工程、“863”計(jì)劃、國(guó)家科技支撐計(jì)劃及自然科學(xué)基金持續(xù)交叉支持下，王建華帶領(lǐng)研究團(tuán)隊(duì)對(duì)抗革蘭氏陽(yáng)性菌抗菌肽、抗革蘭氏陰性菌抗菌肽、Lfcin及其衍生肽的分子結(jié)構(gòu)、基因表達(dá)、殺菌特性及殺菌機(jī)理等展開(kāi)了系列研究。
傳統(tǒng)抗生素的理想替代物
11年前，菌絲霉素的發(fā)現(xiàn)可謂讓人眼前一亮。2005年，科學(xué)家從一種從生長(zhǎng)于北歐松林地表的腐生子囊菌中首次分離出了一種防御素——菌絲霉素，其通過(guò)阻礙細(xì)菌細(xì)胞壁合成從而阻止病菌繁殖，對(duì)革蘭氏陽(yáng)性菌（如葡萄球菌、鏈球菌、肺炎雙球菌等）具有較強(qiáng)防御作用。
菌絲霉素的衍生物NZ2114則是通過(guò)高通量突變獲得的比母體肽更為優(yōu)良的衍生肽，其對(duì)金黃色葡萄球菌抗菌活性明顯提高，比母體肽提高30倍以上。為進(jìn)一步增強(qiáng)NZ2114抗金黃色葡萄球菌（以下簡(jiǎn)稱金葡菌），尤其是對(duì)抗甲氧西林耐藥型金黃色葡萄球菌（以下簡(jiǎn)稱MRSA）的抗菌活性，王建華團(tuán)隊(duì)對(duì)NZ2114進(jìn)一步改造，得到突變體MP1102。
實(shí)驗(yàn)證明，MP1102的MRSA的抗菌活性是NZ2114的15倍。舉例來(lái)說(shuō)，如果MP1102以5mg/kg、10mg/kg和20mg/kg濃度治療金葡菌感染小鼠，在12小時(shí)內(nèi)能殺滅90%金葡菌。
同時(shí)，MP1102對(duì)引起氣性壞疽、食物中毒等多種疾病的產(chǎn)氣莢膜梭菌亦有抗菌活性。“機(jī)理研究顯示，MP1102對(duì)產(chǎn)氣莢膜梭菌具有破壞細(xì)胞膜和干擾胞內(nèi)DNA的雙重殺菌機(jī)制。”王建華表示，無(wú)論是和菌絲霉素、NZ2114相比，還是和桿菌肽鋅、金霉素和維吉尼亞霉素等其他抗生素比較，MP1102的對(duì)產(chǎn)氣莢膜梭菌的抗菌活性都更為優(yōu)異。
此后，該團(tuán)隊(duì)又在菌絲霉素序列中引入帶凈正電荷和疏水氨基酸，設(shè)計(jì)抗菌肽MP1106，使其抗金葡菌的活性比母體肽提高近40倍。為提高菌絲霉素殺菌靶向性，研究團(tuán)隊(duì)將金葡菌信息素連接于菌絲霉素，構(gòu)建金葡菌靶向抗菌肽。結(jié)果表明，靶向抗菌肽對(duì)目標(biāo)菌具有特異殺菌作用，對(duì)其他益生菌如芽孢桿菌、乳酸鏈球菌、糞腸球菌等均未表現(xiàn)出抑菌活性。
不僅如此，王建華團(tuán)隊(duì)還相繼建立菌絲霉素、NZ2114、MP1102、MP1106的高效生產(chǎn)體系，實(shí)現(xiàn)該系列產(chǎn)品的高效分泌表達(dá)，產(chǎn)量分別為748 mg/L、2390 mg/L、695 mg/L和2134 mg/L，為同類型抗菌肽表達(dá)產(chǎn)量最高值。
該團(tuán)隊(duì)的工作引起了國(guó)際同行的高度關(guān)注。24名歐美學(xué)者在今年出版的《柳葉刀·傳染病》聯(lián)署綜述，將該團(tuán)隊(duì)參與開(kāi)發(fā)的真菌防御素類抗菌肽列為“傳統(tǒng)抗生素理想替代物之首”。
開(kāi)發(fā)前景可期
11月16日，在深圳舉辦的第十八屆中國(guó)國(guó)際高新技術(shù)成果交易會(huì)上，王建華團(tuán)隊(duì)研發(fā)的“專抗革蘭氏陽(yáng)性菌的新型抗菌肽制劑”項(xiàng)目獲優(yōu)秀產(chǎn)品獎(jiǎng)。
抗菌肽產(chǎn)業(yè)是一個(gè)新興的生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)，長(zhǎng)期以來(lái)，由于抗菌肽來(lái)源廣、種類多，加之分子質(zhì)量小、自然界含量低，存在分離純化難、化學(xué)合成成本高等難題，亟待建立轉(zhuǎn)基因高效低成本生產(chǎn)途徑。王建華團(tuán)隊(duì)的工作，在抗菌肽產(chǎn)品設(shè)計(jì)、低成本生產(chǎn)等一系列瓶頸技術(shù)上取得了突破。
德國(guó)抗菌微生物研究代表學(xué)者湯加·施耐德（Tanja Schneider）等認(rèn)為，該團(tuán)隊(duì)研發(fā)的?？垢锾m氏陽(yáng)性球菌的真菌防御素類抗菌肽高效生產(chǎn)平臺(tái)具有低成本、易操作、產(chǎn)率高等優(yōu)點(diǎn)，極具開(kāi)發(fā)前景。
王建華向記者透露，MP系列若干品種已經(jīng)完成中試，具備可產(chǎn)業(yè)化水平，啟動(dòng)部分評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)，擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)。
除了真菌防御素研究方面的系列工作之外，王建華團(tuán)隊(duì)還同時(shí)在海蚯蚓肽及其衍生肽、Lfcin 及其衍生肽的分子結(jié)構(gòu)、重組表達(dá)、殺菌特性及殺菌機(jī)理等領(lǐng)域開(kāi)展了持續(xù)研究。例如，王建華團(tuán)隊(duì)在海蚯蚓肽3的衍生肽NZ17074基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)衍生肽N2和N6。與母體肽相比，N2和N6對(duì)革蘭氏陰性菌病原菌抗菌活性顯著提高，同時(shí)具有較強(qiáng)環(huán)境穩(wěn)定性。同時(shí)，該團(tuán)隊(duì)還成功獲得了具有活性的重組抗菌肽。
王建華表示，抗菌肽對(duì)畜禽具有促生長(zhǎng)和治療疾病的功能，是無(wú)毒、無(wú)害、無(wú)殘留的綠色產(chǎn)品，有望成為抗生素的替代品。“抗菌肽飼料添加劑的產(chǎn)業(yè)化以及在豬、雞、魚(yú)等飼料中的推廣應(yīng)用，對(duì)減少傳統(tǒng)飼用抗生素的使用及遏制病原菌耐藥性的產(chǎn)生非常有意義。”他說(shuō)。
抗菌肽領(lǐng)域奠基人之一米歇爾·札斯洛夫（Michael Zasloff）在其今年出版的專著中對(duì)中國(guó)科學(xué)家的研究予以了高度評(píng)價(jià)。他表示，王建華團(tuán)隊(duì)研發(fā)的真菌防御素與其他兩種抗菌肽極有可能成為抗菌肽成功進(jìn)入臨床治療領(lǐng)域的三名“第一屆畢業(yè)生”。
