科学家破解超级细菌耐药难题(中国新研究发现超强抗生素)

科学家破解超级细菌耐药难题(中国新研究发现超强抗生素)医学界迎来重大突破。研究人员利用深度学习算法,从超过1亿个分子结构中成功识别出一种全新机制的抗生素化合物。实验室测试显示,该化合物能有效杀灭多种耐药性细菌,为应对全球抗生素耐药性危机带来新希望。

科学家破解超级细菌耐药难题

 这项研究的创新之处在于采用了全新的药物发现模式。研究团队首先训练人工智能模型学习数千种已知抗生素的分子特征,然后让模型在庞大的化学物质数据库中寻找具有类似特性但结构全新的分子。整个过程仅用了六周时间,而传统方法通常需要数年。

 新发现的抗生素化合物被证明对多种"超级细菌"都具有显著效果,包括耐甲氧西林金黄色葡萄球菌和耐碳青霉烯类肠杆菌。在动物实验中,感染致命剂量耐药菌的小鼠在使用新化合物后全部存活,且未观察到明显副作用。

 更令人振奋的是,通过分子结构分析,研究人员确认这种新型抗生素采用了一种前所未有的杀菌机制,这意味着细菌很难在短期内产生耐药性。这为解决抗生素耐药性问题提供了全新思路。

 世界卫生组织对此项突破给予高度评价,认为这将极大推动全球抗击耐药感染的工作。目前,该化合物已进入临床试验准备阶段,预计三年内可完成所有审批程序。

 科学家们在研究一种土壤细菌——天蓝色链霉菌(Streptomyces coelicolor)——如何自然产生一种名为甲氧西林A(methicillin A)的药物(该药物已为人所知近60年)的过程时,意外发现了一种强效抗生素,有望帮助对抗耐药性感染。

 多重耐药菌的感染率在欧洲不断上升,葡萄牙的感染率高于平均水平。

 研究团队在逐步分析这一过程时,发现了一种中间化合物——甲氧西林C内酯前体——其抗菌活性比最终分子高出100倍。极低的剂量即可有效清除耐药的金黄色葡萄球菌和粪肠球菌,这两种细菌是导致严重皮肤、血液和泌尿道感染的罪魁祸首。

 该研究的共同作者、华威大学的化学生物学家格雷戈里·查利斯(Gregory Challis)告诉《自然》杂志,这一发现“令人惊喜”。

 “作为人类,我们期望进化能够提升最终产物,因此我们理所当然地认为最终分子会是最好的抗生素,而中间产物的效力则会较弱。但这项发现恰恰印证了进化就像‘盲人钟表匠’一样。”

中国新研究发现超强抗生素

 这项发现源于查利斯及其同事于2006年开始的研究。当时,他们开始研究链霉菌(Streptomyces coelicolor)产生甲氧西林A的分子途径。为此,他们逐一删除了编码每个步骤中相关酶的基因。

 2010年,该团队绘制出了细菌产生甲氧西林A的机制图,并鉴定了该过程中产生的几种中间分子。

 “我们当时只是在进行基础实验研究。我们发现了这些中间体,但暂时搁置了它们,因为我们当时并不清楚该如何处理它们。”查利斯在一份声明中说道。

 2017年,查利斯实验室的一名学生测试了这些中间体分子的抗菌活性,发现其中两种——包括甲氧西林C内酯前体——在对抗七种细菌(例如可感染皮肤、血液和内脏的金黄色葡萄球菌,以及可引起致命性血液和泌尿道感染的粪肠球菌)方面,比原始抗生素甲氧西林A更有效。

 “令人惊讶的是,产生甲氧西林A和甲氧西林C内酯前体的细菌——天蓝色链霉菌——是一种典型的抗生素生产菌,自20世纪50年代以来就被广泛研究。在这样一种广为人知的微生物中发现一种新的抗生素,真是一个意外之喜,”华威大学助理教授、该研究的主要共同作者洛娜·阿尔哈拉夫说道。

 在实验室测试中,甲氧西林C内酯仅需1微克/毫升的浓度即可消除耐药金黄色葡萄球菌菌株,而甲氧西林A则需要256微克/毫升。这种新化合物的疗效也优于万古霉素,万古霉素是一种用于治疗两种粪肠球菌感染的最后一道防线抗生素。

 研究人员强调,在与万古霉素相同的条件下,粪肠球菌并未对甲氧西林C内酯产生耐药性,这使得该发现对于对抗耐万古霉素肠球菌(VRE)尤为重要,VRE是世界卫生组织高度重视的病原体。

 超级细菌:抗生素耐药性的增强可能在未来几十年造成毁灭性后果。研究团队希望这项研究能够为新一代抗生素的研发奠定基础。

 “这项发现预示着一种新的范式。通过测试天然化合物合成途径的中间体,我们可以找到那些曾经被埋没的强效抗生素,”格雷戈里·查利斯强调说。

 这种抗生素研发的下一步将是临床前试验和合成类似物的开发。莫纳什大学的化学家大卫·卢普顿表示:“这条合成路线应该能够生成各种变体,用于研究甲氧西林C前体内酯的构效关系和作用机制。”

 抗菌素耐药性是全球健康面临的最大威胁之一。据估计,每年有110万人死于耐药性感染,如果未来25年内没有新的治疗方法出现,这一数字可能达到3900万。

科学家破解超级细菌耐药难题(中国新研究发现超强抗生素)世界卫生组织(世卫组织)的数据显示,2018年至2023年间,抗生素耐药性增加了40%以上,世卫组织警告说,这种增长对全球健康构成了日益严重的威胁。