药物设计策略增加了抵抗耐药性发展的几率

一种新的理性药物设计技术利用一种强大的计算机算法来识别针对关键细胞蛋白上不同受体位置的分子，这可能为对抗抗生素耐药性提供一种新的武器，潜在地增加了对抗细菌的几率。

该技术已在a药物耐药菌株，鉴定化合物的目标蛋白上的两个或两个以上的受体，抑制关键的细胞功能。为了获得对使用该技术开发的药物化合物的耐药性，微生物必须同时在药物靶向的所有受体口袋中产生突变——这一挑战比在单个受体上产生耐药性要重要得多。

来自乔治亚理工学院和哈佛大学的研究人员认为，这项技术可以为战斗提供一种新的通用方法耐药性这可能也适用于同样产生耐药性的癌细胞和病毒。这项由美国国立卫生研究院支持的研究于5月19日发表在《杂志》上ACS化学生物学。

“我们已经开发出一种全新的机制来提高抗生素的有效性，”乔治亚理工学院系统生物学研究中心主任杰弗里·斯科尔尼克(Jeffrey Skolnick)说。“出现的问题抗生素耐药性是一个重大的卫生保健危机，我们认为这种方法可以让我们快速设计出新型分子，延长它们的有效性，让我们领先于细菌一步。”

当蛋白质(通常是酶)使允许药物与蛋白质结合的受体发生突变时，抗生素耐药性就产生了。细菌群体通常包括随机产生这些突变的个体，当抗生素杀死易感细胞时，具有特定突变的群体就会增长。为了控制这些耐药细菌，医生必须使用一种针对不同受体或关键细菌蛋白上不同结合位点的药物化合物。

该技术确定了三种抑制剂药物，分别针对耐药菌株大肠杆菌(E. coli)中二氢叶酸还原酶(DHFR)的一级和二级受体袋。DHFR是合成重要的细胞构件所必需的，是抗生素的经典靶点。如果不产生这些化合物，细菌就无法繁殖。

利用他们的算法，Skolnick和他的乔治亚理工学院的合作者们确定了10种潜在有用的药物化合物，并根据它们针对二级受体袋的能力，从二苯乙烯类化合物、脱氧苯偶氮化合物和查尔酮类化合物这三类化合物中进行了优先排序。有趣的是，其中一种分子是白藜芦醇，它存在于红酒中，据报道具有抗衰老和抗癌的作用。在实验室中，研究人员证实了这种商用化合物确实可以与DHFR结合。

但真正的测试是这种化合物是否对活细菌有效。为了评估这一点，佐治亚理工学院的研究人员与哈佛大学化学和化学生物系教授尤金·沙克诺维奇(Eugene Shakhnovich)合作。夏克诺维奇和他的同事证实了药物化合物阻止了耐药大肠杆菌中叶酸的产生，显著地减缓了细菌的生长。他们还表明，尽管有dhfr抑制剂的治疗，但在细菌中添加叶酸使细菌存活下来。

“我们用这种酶的纯化变种在体外测试了这些化合物，”夏克诺维奇说。“我们改造了大肠杆菌菌株，使其染色体上的folA位点(DHFR的编码位点)携带逃逸突变，并证明了新发现的化合物能够有效抑制野生型和逃逸突变型DHFR菌株的生长，尽管浓度很高。”

因为DHFR是一种相对较小的蛋白质，具有明确的生物物理特性，所以DHFR“代表了一种理想的模型，可以探索酶的生物物理特性与微生物的适应和进化之间的基因型-表现型关系，”Shakhnovich补充道。

下一步，Skolnick想在其他微生物必需的蛋白质上测试这一原理，看看两个或两个以上的结合袋是否可以作为目标。这就需要开发新的治疗分子来攻击微生物目标。最终，这项技术可以用来关闭其他导致抗生素耐药性的途径，包括细胞在药物结合之前分解药物或将药物排出体外的能力。

如果这项技术在其他实验室研究中被证明是成功的，那么有必要用动物模型来测试，以确定它是否对活的有机体有益。

DHFR已经成为了抗癌药物的靶点，Skolnick希望双受体技术能够在开发新的化疗药物时被证明是有用的，这些药物可以对抗经常使药物失效的耐药性。

Skolnick相信，通过提供一种快速开发新药的技术，这种方法可以帮助科学家领先于细菌耐药性。这些化合物将用于联合治疗，以进一步防止耐药性的发展。

“我们总是在和微生物作战，”他说。“细菌系统会进化到对新的抗生素做出反应，所以我们必须不断瞄准其他东西，这样系统就不会进化出耐药性。”我们可能需要使用多种药物的联合疗法来消除耐药性的发展。”

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