Cell：一種可殺死革蘭氏陰性菌的雙機制抗生素的發現

前言

近20年只有6種新的抗生素被批准，但其中沒有一種對革蘭氏陰性細菌有效。新型抗生素的匱乏，加上日益嚴重的耐藥現狀，超級細菌嚴重危害人類健康；發現具有新結構、新機制、高效低毒的抗生素尤爲重要。近日，普林斯頓大學Zemer Gitai團隊在Cell 報道了一類具有雙機制的化合物，能夠有效殺死多種革蘭氏陽性和陰性菌。

該團隊通過全細胞篩選的方法，在33000個化合物中發現化合物SCH-79797具有廣譜的抗菌活性。該化合物本爲PAR-1激動劑，但是細菌中並無PAR-1的同源蛋白，這預示可能具有新的作用機制。如下圖所示，該化合物在多種革蘭氏陽性和陰性菌中均表現出較好的抗菌活性，通過蠟蟲鮑曼不動桿菌感染模型可以看出該化合物具有較好的效果，通過耐藥測試發現其耐藥頻率極低。

隨後通過細菌細胞學熒光檢測並結合機械學習分析，與已經報道的37種作用機制明確的抗生素成像進行定量分析，發現SCH-79797作用機制與之前報道的抗生素相似性較差，表明該化合物可能有不同於已有抗生素的作用機制。

與已知機制的抗生素不同，又難獲得耐藥株，因此該團隊使用基於蛋白質組學的熱穩定性分析，通過質譜分析在藥物處理後整個蛋白質組的熱穩定性。分析發現化合物處理後的大腸桿菌FolA蛋白（二氫葉酸還原酶DHFR的同源蛋白）熱穩定性顯著提高，與DHFR抑制劑甲氧苄氨嘧啶效果一致。

進而發現SCH-79797在敲低FolA及其上游蛋白對應的基因dfrA 和floC 的菌株上增強了敏感性，並通過FolA蛋白通路的下游產物分析，發現相應的代謝產物均顯著降低；通過葉酸底物競爭性研究表明該化合物爲葉酸底物的競爭性抑制劑。由此表明，二氫葉酸還原酶確爲SCH-79797的靶點之一。

研究表明，敲除thyA 能實現DHFR抑制劑甲氧苄氨嘧啶的耐藥，而化合物SCH-79797在thyA 敲除的菌株並沒有明顯降低抑制活性。從前面的細菌細胞學研究中發現79797能夠破壞細菌膜的完整性，進而使用流式細胞儀測量熒光染料存在下大腸桿菌的膜電位和通透性，結果發現SCH-79797能破壞細菌膜的完整性，而單一的DHFR抑制劑甲氧苄氨嘧啶無該效果，由此表明SCH-79797具有雙重機制。