黄蜂和蜜蜂等昆虫的毒液中充满了可以杀死细菌的化合物。不幸的是，许多这些化合物对人类也有毒，因此不可能将它们用作抗生素药物。

在对通常在南美黄蜂中发现的毒素的抗微生物特性进行系统研究后，麻省理工学院的研究人员现在已经创造出了对细菌有效但对人体细胞无毒的肽变体。在对小鼠的一项研究中，研究人员发现，它们最强的肽可以完全消除铜绿假单胞菌，铜绿假单胞菌是一种引起呼吸道和其他感染的细菌菌株，对大多数抗生素有抗药性。

麻省理工学院博士后的Cesar de la Fuente-Nunez说：“我们已将一种有毒分子重新用于治疗感染的可行分子。”“通过系统地分析这些肽的结构和功能，我们已经能够调整它们的性质和活性。”De la Fuente-Nunez是该论文的高级作者之一，该论文发表在12月7日出版的“自然通讯生物学”杂志上。麻省理工学院电气工程和计算机科学与生物工程副教授Timothy Lu和巴西ABC联邦大学副教授Vani Oliveira也是资深作家。该论文的第一作者是Marcelo Der Torossian Torres，他是麻省理工学院的前访问学生。

有毒的变种

作为免疫防御的一部分，许多生物，包括人类，都会产生可以杀死细菌的肽。为了帮助抵抗抗生素抗性细菌的出现，许多科学家一直在努力使这些肽成为潜在的新药。

de la Fuente-Nunez及其同事在本研究中关注的肽是从一种名为Polybia paulista的黄蜂中分离出来的。这种肽足够小 - 只有12个氨基酸 - 研究人员认为，制造肽的某些变体并对其进行测试以确定它们是否会对微生物变得更有效并且对人类的危害更小是可行的。“这是一个足够小的肽，你可以试着改变尽可能多的氨基酸残基，试图找出每个结构单元如何促成抗菌活性和毒性，”de la Fuente-Nunez说。与许多其他抗菌肽一样，这种毒液衍生肽被认为通过破坏细菌细胞膜杀死微生物。该肽具有α螺旋结构，已知其与细胞膜强烈相互作用。

在他们研究的第一阶段，研究人员创造了几十种原始肽的变体，然后测量这些变化如何影响肽的螺旋结构及其疏水性，这也有助于确定肽与膜相互作用的程度。然后，他们针对7种细菌菌株和2种真菌测试了这些肽，从而可以将它们的结构和物理化学性质与其抗菌效力相关联。基于他们确定的结构 - 功能关系，研究人员随后设计了另外几十种肽用于进一步测试。他们能够确定疏水性氨基酸和带正电荷的氨基酸的最佳百分比，并且他们还鉴定了一组氨基酸，其中任何变化都会损害分子的整体功能。

抗击感染

为了测量肽的毒性，研究人员将它们暴露在实验室培养皿中培养的人胚胎肾细胞中。他们选择了最有希望的化合物来测试感染铜绿假单胞菌的小鼠，铜绿假单胞菌是呼吸道和泌尿道感染的常见来源，并发现几种肽可以减少感染。其中一种，以高剂量给药，可以完全消除它。“四天后，这种化合物可以完全清除感染，这是非常令人惊讶和令人兴奋的，因为我们通常不会看到我们过去用这种特殊的小鼠模型测试的其他实验性抗微生物剂或其他抗生素，” de la Fuente-Nunez说。

研究人员已开始创造其他变种，他们希望能够以较低剂量清除感染。De la Fuente-Nunez还计划在明年加入宾夕法尼亚大学的同时将这种方法应用于其他类型的天然抗菌肽。“我确实认为我们在这里学到的一些原则可以适用于其他来自大自然的类似肽，”他说。“像螺旋性和疏水性这样的东西对很多这些分子来说非常重要，我们在这里学到的一些规则绝对可以推断出来。”该研究部分由Ramon Areces基金会和国防威胁减少机构资助。