一种靶向细菌核糖体的广谱套索肽抗生素的发现

分享一篇发表在Nature上的文章，题目为“A broad-spectrum lasso peptide antibiotic targeting the bacterial ribosome”，通讯作者是来自加拿大麦克马斯特大学的Wright教授，以及来自伊利诺伊大学芝加哥分校的Mankin教授和Polikanov教授，研究方向都是解析抗生素的作用机制以及开发新型抗生素。

抗生素耐药性问题近年来逐步严重，对人类生命健康安全带来威胁，发展新型抗生素以应对产生耐药性的细菌极为重要。考虑到传统的β内酰胺类抗生素极易产生抗药性，近年来已有几种靶向核糖体的抗生素被报道，但细菌体内存在几种编码核糖体RNA修饰酶或对药物进行修饰的酶将仍会使得细菌产生抗药性。本文中作者报道了一种能够靶向细菌核糖体新型位点的套索肽抗生素lariocidin，能够与16s核糖体RNA以及氨酰tRNA进行互作，干扰蛋白质的合成并抑制细菌的生长。

首先作者在琼脂平板上培养并分离了一系列环境微生物，通过对不同菌种的提取物进行测试，以是否能够对耐药鲍曼杆菌和大肠杆菌产生抑制生长效果作为评价指标，确定了一种芽孢杆菌的提取物存在抑菌作用，随后通过生物活性引导的纯化方法，逐步分离各个组分，最终确定具有抑菌活性化合物的分子量。经过大量纯化后，成功表征了该化合物为一段套索肽，命名为LAR，并根据肽段的组成和结构在基因组上发掘了对应的合成基因簇。将上述基因重构到链霉菌中，经过纯化表达后，证实了LAR为基因簇lrc的产物。该基因簇中的不同基因分别负责前体肽的合成、催化分子内环化形成套索结构以及将该化合物向胞外进行转运。

在随后的靶点测试中，作者确认了LAR不会导致细菌形态改变或者裂解，证明了作用靶标可能位于菌体内部，使用携带单个rRNA操纵子的大肠杆菌进行LAR靶标的筛选，结果发现在16s rRNA的h31和h34区域产生的突变将会赋予耐药性。这说明LAR大概率通过与核糖体产生互作，干扰蛋白质正常合成从而实现抑菌效果。

随后作者解析了X射线晶体结构，不同于其他靶向小核糖体亚基的抗生素位点，该套索肽会和30S亚基结构域中的多条螺旋结构形成接触。例如Phe11和U531的碱基产生堆叠相互作用以稳定互作。另外，Pro6和Gly7两个残基也十分接近tRNA中的反密码子区域，这些互作结构将会导致核糖体在翻译过程中的易位受到抑制，从而干扰蛋白质的合成。除此之外，通过与已有的几类核糖体靶向抗生素的互作位点的比对，发现几乎没有重叠，说明了与其他已知的临床应用的抗生素具有最小的交叉耐药性。