新型消除MRSA生物膜天然产物阿扎霉素F5a的C-29位杂合衍生及干预前后的胞外蛋白质组研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    81660578
  • 项目类别:
    地区科学基金项目
  • 资助金额:
    37.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    H3402.天然药物化学
  • 结题年份:
    2020
  • 批准年份:
    2016
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2017-01-01 至2020-12-31

项目摘要

Biofilm was an important mechanism for methicillin-resistant Staphylococcus aureus (MRSA) being noticeable resistant to a variety of structural types of antibiotics, and the research and development of new anti-MRSA drugs eradicating biofilm is particularly urgent. After the anti-MRSA activity of a natural product azalomycin F5a and its synergistic anti-MRSA activity together with trimethylhydroquinone were reported by us, the remarkable activity eradicating MRSA biofilm of azalomycin F5a was discovered while the mechanism is still unknown, and its anti-MRSA activity could be improved by forming Schiff base at C-29 position. Based on these, using azalomycin F5a as an initiator, some derivatives introduced hydroquinone or p-quinone group side chain at C-29 position were designed by modern drug design principle such as hybrid antibiotics and bioisostere, and which were achieved by click chemistry. Next, the anti-MRSA biofilm activities of these azalomycin F5a derivatives were determined. Simultaneously, the extracellular proteomes after/before adding azalomycin F5a into the culture contained MRSA biofilm were researched using gelelectrophoresis, HPLC-MS/MS combined protein database search and subcellular localization, and Western Blot for the in-depth mechanism eradicating biofilm of azalomycin F5a. Hereafter, a solid basis for the research and development of novel and efficient anti-MRSA drugs eradicating biofilm will be established.
生物膜(Biofilm)是耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(MRSA)产生多重超强耐药的重要机制,消除生物膜的新型抗MRSA药物研发尤为迫切。申请人在报道天然产物阿扎霉素F5a的抗MRSA活性和协同三甲基氢醌抗MRSA作用后,发现该化合物具有显著的消除MRSA生物膜作用,且C-29位的Schiff碱修饰可显著增强其抗MRSA活性。基于此,该课题以阿扎霉素F5a为起始物,采用杂合抗生素、生物电子等排等现代药物设计思路和Click chemistry高效合成法,在C-29位以Schiff碱的形式引入含对苯酚或对苯醌的侧链,并测定所得衍生物的抗MRSA生物膜作用;同时采用凝胶电泳、HPLC-MS/MS和蛋白质印迹法等现代蛋白质组研究方法和技术,结合蛋白质数据库检索等,对阿扎霉素F5a干预MRSA生物膜前后的胞外蛋白质组进行系统研究,以阐明其消除生物膜的深入机制,为新型高效抗MRSA药物的研发打下基础。

结项摘要

生物膜(Biofilm)是耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(MRSA)产生多重超强耐药的重要机制,消除生物膜的新型抗MRSA药物研发尤为迫切。申请人在报道天然产物阿扎霉素F5a的抗金葡球菌活性后,发现该化合物具有显著的消除金葡球菌生物膜作用,且C-29位的修饰可显著增强其抗金葡球菌活性。基于此,该课题一方面采用凝胶电泳、UPLC-MS/MS和PRM验证等现代蛋白质组研究方法和技术,对阿扎霉素F5a干预金葡球菌生长前后的胞外蛋白质组进行研究,以阐明其消除生物膜的机制,共鉴定1935个蛋白,其中上调和下调蛋白分别为222和240个(>1.3倍),差异蛋白的功能分类、富集和生物信息学显示:阿扎霉素F5a主要作用于细胞膜和膜外成分的合成与代谢等,很多差异蛋白与金葡球菌维持正常的形态和生物膜的消除直接相关,并确定阿扎霉素F5a可快速渗入金葡球菌生物膜内,损伤金葡球菌的细胞膜,引起细胞膜破损或通透性增加,导致部分细菌裂解、自溶和DNase大量释放,从而使对生物膜稳定起重要作用的eDNA的快速降解,并最终导致生物膜的驱散、金葡球菌的释放和被杀灭(即生物膜被消除)。另一方面,课题组采用杂合抗生素的药物设计思路,在阿扎霉素F5a C-29位引入含对苯酚或对苯醌的侧链,研究中基于课题组和其他学者报道约63个类似物和衍生物的归纳与分析,结合分子动力学模拟、药效团模型构建和分子对接,确定末端胍基侧链和内酯环结构是阿扎霉素F5a抗菌活性的必需基团,六元半缩酮环对抗菌活性影响较大,去掉丙二酸单酰基可增强抗菌活性,内酯环上双键氢化、脱甲基或甲基取代对抗菌活性影响较小;基于此,课题组采用骨架跃迁的方法对其进行了分子改造。上述研究结果不仅为该类化合物在生物医药领域的研发打下了坚实基础,还给抗菌和消除细菌生物膜机制、抗细菌毒力因子LTA的机制研究等提供了重要参考,更为结构简单、成药性更强的新型高效抗菌候选药物的研发打下基础。

项目成果

期刊论文数量(5)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(2)
专利数量(1)
A chemical screening method for menaquinone-producing strains based on HPLC-UV technology
基于HPLC-UV技术的甲萘醌生产菌株的化学筛选方法
  • DOI:
    10.1016/j.mimet.2020.105907
  • 发表时间:
    2020-05-01
  • 期刊:
    JOURNAL OF MICROBIOLOGICAL METHODS
  • 影响因子:
    2.2
  • 作者:
    Cao, Sheng;Du, Xia;Kuang, Bingdi
  • 通讯作者:
    Kuang, Bingdi
Azalomycin F-5a Eradicates Staphylococcus aureus Biofilm by Rapidly Penetrating and Subsequently Inducing Cell Lysis
Azalomycin F-5a 通过快速渗透并随后诱导细胞裂解来根除金黄色葡萄球菌生物膜
  • DOI:
    10.3390/ijms21030862
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    International Journal of Molecular Sciences
  • 影响因子:
    5.6
  • 作者:
    Yuan Ganjun;Li Pingyi;Xu Xuejie;Li Peibo;Zhong Qiwang;He Su;Yi Houqin;Yi Wenfang;Guan Yingying;Wen Zezhang Tom
  • 通讯作者:
    Wen Zezhang Tom
Azalomycin F-5a, a polyhydroxy macrolide binding to the polar head of phospholipid and targeting to lipoteichoic acid to kill methicillin-resistant Staphylococcus aureus
Azalomycin F-5a,一种多羟基大环内酯,与磷脂的极性头结合,靶向脂磷壁酸,杀死耐甲氧西林金黄色葡萄球菌
  • DOI:
    10.1016/j.biopha.2018.11.067
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Biomedicine & Pharmacotherapy
  • 影响因子:
    7.5
  • 作者:
    Yuan Ganjun;Xu Li;Xu Xuejie;Li Peibo;Zhong Qiwang;Xia Hailin;Hu Yamei;Li Pingyi;Song Xiaoyuan;Li Junfang;Liu Qianru
  • 通讯作者:
    Liu Qianru
Guanidine-Containing Polyhydroxyl Macrolides: Chemistry, Biology, and Structure-Activity Relationship
含胍多羟基大环内酯:化学、生物学和构效关系
  • DOI:
    10.3390/molecules24213913
  • 发表时间:
    2019-11-01
  • 期刊:
    MOLECULES
  • 影响因子:
    4.6
  • 作者:
    Song, Xiaoyuan;Yuan, Ganjun;Cao, Sheng
  • 通讯作者:
    Cao, Sheng

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其他文献

阿扎霉素F衍生物及联合维生素K3抗耐甲氧西林金黄色葡萄球菌研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    中国抗生素杂志
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    徐莉;李沛波;王一旻;袁干军
  • 通讯作者:
    袁干军

其他文献

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植物黄酮抗菌定量构效关系导向α-倒捻子素的高效抗MRSA衍生物发现及作用于醌库的机制研究
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    地区科学基金项目

相似国自然基金

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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