使用质谱成像显示细菌相互作用或许可产生更好的抗生素

By LabMedica International staff writers
Posted on 02 Feb 2010

最近设计的一种成像化学信号传递和微生物之间斗争的方法或许可产生新型抗生素、抗病毒和抗癌药物。

2009年11月8号的《自然化学生物学》（Nature Chemical Biology）介绍了这种方法。论文解释了一项合作研究开发的技术，合作者包括Texas A&M 大学（College Station, USA; www.tamu.edu）生物化学和生物物理系AgriLife（http://agriliferesearch.tamu.edu）研究科学家Paul Straight 博士和加利福尼亚大学圣地亚哥分校（USA; www.ucsd.edu）的Pieter Dorrestein博士、Yu-Liang Yang博士和Yuquan Xu博士。

"微生物在其染色体中编码其产生小型分子的能力，这些小分子有望成为新型抗生素。"Straight博士说，"因为我们不理解在何种条件下这些分子能够在环境中产生，我们只能在实验室中看到它们的一小部分。"

据Straight博士说，抗生素红霉素就是一个例子，对青霉素敏感的人经常使用它。"我们知道红霉素是从糖多孢红这种细菌中产生的。糖多孢红也编码了产生许多其它小分子的能力，那些分子也有可能成为有价值的药物。"他说，"常规微生物培养和药物发现技术发现了红霉素。其它潜在有用的代谢物或许需要一些非常规方法来识别。"

Straight博士说，历史上的医学药物是偶然发现，或者是通过寻找顺势疗法中的有效成分来发现。例如，使用蓝霉类治疗伤口是民间的急救方法，其历史可追溯到中世纪。但是，科学家知道20世纪初期才分离并提纯了其中的有效成分青霉素，这标志着源自微生物的'自然产品'药物时代的开端。

现代的药物发现方法依赖于筛查技术、如何控制感染的知识和在分子层面疾病是如何产生的。Straight博士说，一些新型药物可以从零开始设计，常常成本昂贵，但是通过偶然性发现自然界中所存在的东西仍然是一种合理的方法。

微生物比如能够产生红霉素的细菌，已经使用类似的小分子互相传递信号和斗争了上千年。"我们所知道的微生物如何相互作用和交换化学物质，一种分子或抗生素如何改变邻近微生物的潜在抗生素输出，将指导我们开发新策略以从任何细菌中产生大量潜在治疗性药物。"Straight博士说。

Straight博士报告说，美国国家医疗研究所（Bethesda, MD, USA）认识到需要促进开发新型药物化合物。"从全球来看，制药公司按照传统方法所的发现药物存在短缺，而抗多种药物的病原体和新出现的病原体数量不断增多。"Straight博士说。

Straight博士、Dorrestein博士和同事们所采用的方法中使用了一种仪器，叫做基质辅助激光解吸/电离质谱仪。这种仪器可使用激光电离部分样品，而晶体基质可预防生物分子受到破坏。承载生物样品的载片在扫描中移动，从中收集了成千上万的谱信息。然后，这些信息按照栅格处理并由计算机染上假颜色，展开到样品的虚拟图像上。

研究人员使用了在实验室培养的两种常见细菌枯草芽孢杆菌和Steptomyces霉菌，两种细菌在土壤中都很常见。细菌一起培养，其复杂的化学相互作用使用质谱仪进行记录。

据Straight博士说，为了竞争资源，细菌产生小分子，它们可改变抗生素的产生模式，使其与在单独培养时不同。例如，他们发现，一种微生物中靶向革兰氏阳性微生物（链球菌和葡萄球菌为革兰氏阳性微生物的两个例子）抗生素的产生被另一种所抑制。

研究数据表明了不同种类的微生物相遇时的化学反应复杂性。研究人员使用基因排序方法发现，细菌中DNA的20％可能用来表示生物合成小分子，用于与其它微生物的信号传递和化学斗争。

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AgriLife 研究agriliferesearch.tamu.edu
Texas A&M 大学www.tamu.edu
加利福尼亚大学圣地亚哥分校www.ucsd.edu