合成鐵黴素的作用機制 ( 來源:Lui R et al., 2018 )

屬於格蘭氏陰性的細菌,擁有特別的外套膜,賦予細菌一定程度的抗生素耐受性。為了攻破這外套膜,科學家最近研發使用「木馬計」的方式,將雙重抗生素分子與螯鐵蛋白結合,成功誘使細菌主動攝入,突破外套膜障礙,即便在該細菌具有其他的抗藥性基因的情形下,第二道抗生素亦會在第一道抗生素失效後發揮抑菌效果。

格蘭氏陰性菌外套膜

格蘭氏染色法 ( Gram Stain ) 可將細菌粗略區分為:呈現藍紫色的格蘭氏陽性菌與呈現粉紅色的格蘭氏陰性菌。兩者的主要差異,在於細胞壁的構成與結構。

後者胞壁的肽聚醣 ( peptidoglycan ) 含量較低,且在最外側仍有一層由豐富磷脂 ( phospholipid ) 與脂多醣 ( lipopolysaccharide, LPS ) 構成的套膜,使得染色過程中的結晶紫染劑 ( Crystal violet ) 難以定色。

這層在原有胞膜之外的第二層膜,其上的跨膜蛋白更僅允許少數特定大分子物質出入,一定程度上替細菌阻絕了抗生素。

螯鐵蛋白與鐵黴素

另一方面,鐵質在細菌生長的多個生化反應中至關重要。「鐵」的地表含量頗豐,但以生物可利用形式存在的游離三價鐵離子 ( Fe3+ ) 卻可遇不可求。因此細菌會主動分泌螯鐵蛋白 ( siderophore ),由環境中掠奪,並將所形成的可溶性螯合物主動運輸回體內利用。

鏈黴菌屬 ( Streptomycete ) 的部分細菌於是利用此一習性:分泌帶有螯鐵蛋白的抗生素—鐵黴素 ( sideromycin ),以誘使其他菌種主動攝入。然而,一如許多抗生素終究難逃的宿命,已有部分菌種能分解鐵黴素中實際具有抗生素活性的部位,展現出耐受性。

雙重打擊

研究人員於是加以改良,在螯鐵蛋白尾端,依序添上兩種不同的抗生素分子—頭孢菌素 ( cephalosporin ) 與一般僅在格蘭氏陽性菌上發揮作用的噁唑烷酮 ( oxazolidinone ),合成人工鐵黴素。

當其藉由螯鐵蛋白通道通過外套膜後,如抗藥性鮑氏不動桿菌 ( Acinetobacter baumannii ) 雖常帶有可分解頭孢菌素的水解酶,與此同時卻也釋放出第二道噁唑烷酮抗生素。使得原僅適用於格蘭氏陽性菌感染的抑菌藥物,亦能廣泛應用於格蘭氏陰性菌感染。

 

參考資料:

  1. Liu R et al. (2018, March 19). A synthetic dual drug sideromycin induces Gram-negative bacteria to commit suicide with a Gram-positive antibiotic. Med. Chem.
  2. Braun V et al. (2009, January 7). Sideromycins: tools and antibiotics. Biometals.
  3. Berezow A. (2018, May 12). ‘Double trojan horse’ drug tricks bacteria into committing suicide. American Council on Science and Health.
You May Also Like

美國 FDA 批准首款數位藥丸,監察用藥數據

FDA 最近批准了美國首款數位藥丸,Abilify MyCite,每次服用後會將用藥數據上傳至資料庫…

科學家研發新型免疫療法篩查技術,可快速建立個人化癌症療法

一項近日發表的研究中,研究人員開發出一種新型的免疫篩查原型,能幫助快速開發個人化的癌症療法。比現行的…

人造子宮動物試驗成功,為人類早產兒帶來希望

台灣每年約 4000 名新生兒死亡,而 75% 的死亡個案都是由於早產造成,是新生兒死亡最大的成因。…

科學家意外發現一種可以殺死大部分癌症細胞的免疫細胞

英國科學家意外發現一種可以殺死大部分癌症的新型免疫細胞,此一發現可能是癌症治療上的重要突破。 偶然發…

老鼠當中的抗體突破可能可以發展成疫苗,對抗阿茲海默症

現在,一個嶄新的療法已經成功顯示,能夠讓老鼠對動物模式的阿茲海默症(Alzheimer’…

科學家成功製造首批 3D 列印人造角膜

英國新堡大學(Newcastle University)的科學家使用 3D 列印技術,成功製造出首批…