近日，東北農業大學團隊通過掃描陽離子氨基酸側鏈長度，首次成功構建了具備抗酶解、誘捕殺死及特異性靶向多功能化抗菌肽納米纖維，以對抗特定細菌感染。相關成果發表于Science Advances。
新型抗菌肽納米纖維示意圖。東北農業大學供圖
在畜牧業飼料端禁抗背景下，急需尋找緩解耐藥性細菌危機的潛在替代技術。目前，抗菌肽作為替抗飼料添加劑仍然面臨諸多挑戰。如抗菌策略過于簡單，旨在直接殺死細菌而不考慮抑制宿主-病原體相互作用等關鍵需求，缺乏創新的飼用理念。過去的研究追求廣譜抗菌肽的開發，忽略了具有靶向分子以維護腸道健康菌群的特異性。以及胃腸消化系統、心血管系統存在的蛋白酶導致生物學功效喪失。
本工作中，團隊結合自組裝系統和抗菌肽分子理化性質，通過陽離子氨基酸掃描技術對本實驗室自主研發的抗菌肽Ndab的親水氨基酸進行替換。系統解析了所得系列衍生肽的生物學功能、生物相容性、自組裝潛力、誘捕功能、靶向特異性以及蛋白酶抗性的潛在聯系。研究結果表明，通過監測陽離子氨基酸側鏈長度的變化，優化的Nhar被鑒定為有效解決以上限制的多功能標志肽。
首先，在水介質中，Nhar自組裝為納米纖維，在與細菌接觸后形成納米網狀結構將細菌誘捕并防止其傳播，避免與宿主細胞接觸引起發病。這種誘捕功能是非特異性的，無論在體內或體外都表現出有效性。
隨后，Nhar通過破壞革蘭氏陽性細菌的細胞壁和膜組分的完整性、干擾核糖體的自組裝及功能、導致轉錄、翻譯、氨基酸代謝和能量耗散的破壞，通過多模式協同作用誘導金黃色葡萄球菌的程序性死亡。對于革蘭氏陰性菌，例如大腸桿菌，盡管Nhar通過靜電相互作用與脂多糖和外膜結合并誘導膜流動性的改變，然而Nhar沒有展現出穿透內膜或誘導細菌內部損傷的有利證據，表明Nhar僅部分抑制大腸桿菌的生長，而不是完全的殺滅活性，這有利于對腸道益生菌的保護。由于非天然氨基酸和分子自組裝系統的雙重加固，Nhar具備強力的蛋白酶抗性，具備研發飼用的潛質。
本研究突破了抗菌肽在胃腸道中作用模式受限的理論壁壘與核心技術，提升了動物健康保障能力，這一成果對飼用抗菌肽研發應用具有重要科學意義與產業價值。
相關論文信息：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adx0153