中共中央政治局委員、廣東省委書記胡春華（左一）聽取抗菌肽展臺(tái)匯報(bào)。王建華供圖

上世紀(jì)二三十年代以來，抗生素的發(fā)現(xiàn)和應(yīng)用拯救了無數(shù)人的生命。如果說之前人類因其受益，那么，如今全世界則不得不致力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)合國大會(huì)的193個(gè)成員國簽署宣言承諾加強(qiáng)管制抗生素。在各國采取行動(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。

中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院飼料研究所就有這樣一支長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國際高新技術(shù)成果交易會(huì)上，該團(tuán)隊(duì)研發(fā)的�？垢锾m氏陽性菌的新型抗菌肽制劑獲優(yōu)秀產(chǎn)品獎(jiǎng)。

近日，中國農(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，該問題引發(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)合國大會(huì)的193個(gè)成員國簽署宣言承諾加強(qiáng)管制抗生素。8月，我國衛(wèi)計(jì)委聯(lián)合14個(gè)部門發(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)上來說，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、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《中國科學(xué)報(bào)》記者。

在國家農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新工程、“863”計(jì)劃、國家科技支撐計(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。舉例來說，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”。

開發(fā)前景可期

11月16日，在深圳舉辦的第十八屆中國國際高新技術(shù)成果交易會(huì)上，王建華團(tuán)隊(duì)研發(fā)的“�？垢锾m氏陽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)，長期以來，由于抗菌肽來源廣、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)畜禽具有促生長和治療疾病的功能，是無毒、無害、無殘留的綠色產(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。

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”。