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微生物对抗菌肽耐受性的研究进展

日期:08-05 作者:阳光畜牧网- 小 + 大

  摘要:抗菌素耐药性的日趋严重,使有望作为其替代品的新型抗菌药物——抗菌肽受到越来越广泛的关注。研究人员在其分类、作用机制、生物活性、应用前景等方面都进行了深入的而又卓有成效的研究,但随着越来越多的对抗菌肽不敏感菌株的出现,微生物对抗菌肽的耐受性成了抗菌肽研究过程中不可忽视的环节。国内有关微生物对抗菌肽的耐受性报道较少,本文就近几年国外的研究进展作一综述。
  关键词:微生物;抗菌肽;耐受性;研究

  在传统的观念中,人们一度认为病毒、细菌、真菌能够对任何抗微生物物质产生耐受性,然而抗菌肽再这一点上打破了人们的观点。抗菌素一般是通过抑制细菌的细胞壁、蛋白质或DNA等的合成来发挥作用的,这种作用需要一些特殊受体,所以微生物往往通过基因突变对传统的抗菌素产生耐受性,而抗菌肽一般是通过物理作用造成细胞膜的穿孔,这样就不需要一些特殊的受体。此外,大多数的抗菌肽是由无特点的氨基酸序列组成,缺少一个独特地可被蛋白水解酶识别的抗原决定基,因此微生物要破坏抗菌肽十分不易。抗菌肽的作用目标是细菌的细胞膜,因此微生物要不被抗菌肽攻击,就必须改变其膜的结构。当前的研究主要通过人为地改变细菌细胞膜结构和基因组,获得细菌突变体,从降低细菌细胞膜表面的负电荷、寻找编码细菌药物输出泵和降解抗菌肽的蛋白酶基因等方面着手研究,以期找到微生物对抗菌肽产生耐受性的影响因素。
  1.细胞膜结构的改变对抗菌肽耐受性的影响
  早期对大肠杆菌的研究证实外膜结构的waaP基因产物可对LPS内部区域的的第一个庚糖残基进行磷酸化。Jeremy A等[1]等对沙门氏菌血清型Typhimurium的waaP突变体进行研究,结果显示沙门氏菌LPS中心区域的磷酰基的修饰导致LPS的负电荷减少,使沙门氏菌对多粘菌素更加敏感,同时也发现这个突变体在小鼠感染模型中毒性完全丢失。大肠杆菌和鼠伤寒沙门菌类脂A上正电荷、残基如含4-氨基-4-脱氧-l-阿拉伯糖 (l-Ara4N)的胺基和磷酸乙醇胺pEtN的存在对多粘菌素的抗性都具有一定的影响。Tran AX等[2]发现在大肠杆菌和金黄色葡萄球菌中的lpxM基因沉默导致了l-Ara4N的减少,增加了对多粘菌素的敏感性。杀微生物的血小板蛋白(PMPs)相对分子质量较小、为阳离子肽,具有杀灭血液中微生物病原体的活性,对凝血素tPMP-1有抗性的金黄色葡萄球菌可导致人和实验性的心内膜炎。为了解tPMP-1抗性主要成分,Arnold S等[3]比较了三株对tPMP-1、具有抗性tPMP-1r和和敏感菌株tPMP-1s的细胞膜结构和功能的若干个参数。结果证实tPMP-1r菌膜显示更高程度的流动性,进一步确证了金黄色葡萄球菌的细胞膜的特殊修饰与体外tPMP-1抗性密切相关的观点。类脂A磷酸基的修饰如磷酸乙醇胺的形成,降低了革兰氏阴性菌的脂多糖总体负电荷,从而弱化了对阳离子抗菌肽的亲和力。Yih-Ling等[4]发现起初对PxB敏感脑膜炎双球菌的突变体在mtrCDE操纵子内含有编码多种药物输出泵的蛋白的插入序列,同时发现经lptA—磷酸乙醇胺PEA转移酶修饰脂质A首位碱基后获得的突变体可以造成对PxB高的敏感性。Samuel M等[5]分离对多粘菌素具有抗性的绿脓杆菌的突变体,发现这些突变体的类脂A包含着氨基阿拉伯糖,说明类脂A上发生了与多粘菌素抗性相关的修饰。幽门螺旋杆菌类脂A1号位置的修饰是类脂A磷酸酶LpxEHP (Hp0021)切除1-磷酸基和随后在EptAHP (Hp0022)催化作用下,磷酸乙醇胺残基的取代两步过程。An X等[6]将氯霉素抗性的暗盒插入到lpxEHP获得了多种幽门螺旋杆菌的LpxEHP突变体,LpxEHP活性的缺失阻止了多种幽门螺旋杆菌类脂A1号位置修饰,使该菌对多粘霉素的抗性显着的降低(MIC,10 μg/ml)。相反,幽门螺旋杆菌对抗菌肽多粘霉素呈现高的抗性(MIC>250 μg/ml)。Miguel A等[7]证实肺炎克雷伯菌荚膜多糖(CPS)突变体对人中性粒细胞防御素1、乳铁蛋白、硫酸鱼精蛋白和多粘菌素的抗性比野生性菌株更强烈。其原因是肺炎克雷伯菌在多粘霉素B和乳铁蛋白的存在下生长时,CPS转录增量调节,从而增加CPS的数量,使细菌细胞膜负电荷降低,减少抗菌肽与其表面的结合。此外,E. Limburg, R等[8]通过对二肽TAN1057耐药的S. aureus 133 (SA133-TANS, DSM11832)和S. aureus RN4220 (SA4220-TANS)作为研究对象,证实金黄色葡萄球菌的核糖体和S150片段的核糖体修改导致了此菌对TAN1057的耐药性。受试菌株的MIC值随着TAN 1057稀释浓度的改变呈现一天1或者2个稀释度的阶段性增长。低水平的耐药性可能归因于二肽的转运载体的修饰或者外排泵的翻译;另一个耐药性阶段性增高的的原因是rRNA的突变,更多的rRNA基因突变会导致更高突变核糖体总数。Hiromi Nishi等[9]研究证实金黄色葡萄球菌细胞质膜上的磷脂酰甘油含量的减少可影响对抗菌肽的敏感度。
  2.基因调控体系在微生物对抗菌肽耐受性中的作用
  到目前为止,至少26种细胞外膜蛋白的表达被证实由PhoP-PhoQ激活作用调控。绿脓杆菌具有环境中的多样性、巨大的代谢能力和对抗菌素的耐药等特点,Dong H等[10]发现在菌体培养基中添加亚精胺或者其它的聚胺可以增加绿脓杆菌对聚阳离子肽类抗菌素,氨基糖甙类,喹诺酮类的MIC水平。诱导修饰LPS操纵子PA3552-PA3559的二组分系统PhoP-PhoQ所介导外膜蛋白OprH过度表达和增加对抗菌肽的抗性是绿脓杆菌对Mg2+的缺乏而做出的部分适应性反应,外源亚精胺诱导oprH-phoPQ操纵子和修饰LPS操纵子被聚胺新陈代谢和lacZ融合影响的启动子证实。John S等[11]证实鼠伤寒沙门氏菌侵袭力调节器—PhoP-PhoQ活化巨噬细胞内pag基因的转录,对抗菌肽产生抗性。

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