包括東京農(nóng)業(yè)技術(shù)大學(xué)(TUAT)和橫濱國立大學(xué)研究人員在內(nèi)的日本科學(xué)家已經(jīng)確定了分子機(jī)制，該機(jī)制可以為青蛙提供一種有效抗菌特性的皮膚分泌物。

他們的研究結(jié)果于2019年2月20日在ACS Applied Bio Materials上發(fā)表。

該蹼雜色的青蛙，也稱為多彩鈴蟾，棲息于森林，草原，濕地和水生環(huán)境橫跨中歐。他們的皮膚分泌物含有抗菌劑 - 稱為Bominin H2和H4--在保護(hù)物種免受感染方面起著關(guān)鍵作用。

Bombinin H2和H4是抗菌肽(AMPs) - 或宿主防御肽 - 在免疫反應(yīng)中起重要作用。他們因抑制利什曼病的能力引起了人們的關(guān)注 - 利什曼病是一種高度傳染性和潛在致命的熱帶疾病，已影響全球約2000萬人，每年報(bào)告130萬新病例和20,000至30,000人死亡。

H4是H2的異構(gòu)體 - 它們具有相同的配方，但分子中的原子排列不同--H4在分子鏈的末端具有天然存在的D-氨基酸。就其抗菌性而言，H4比H2更有效，但直到現(xiàn)在，其原因仍然是未解決的生物學(xué)謎。

“D-和L-氨基酸是彼此的鏡像，自然界中的大多數(shù)氨基酸都具有L結(jié)構(gòu)，”TUAT生物技術(shù)和生命科學(xué)系副教授，該研究的共同作者Ryuji Kawano解釋道。“一些蛋白質(zhì)被修飾成具有D-氨基酸。在青蛙的情況下，具有D-氨基酸的作用尚不完全清楚。”

為了更好地理解驅(qū)動(dòng)Bombinin H2和H4多肽的抗菌活性的分子機(jī)制以及H4在這方面比H2更有效的原因，作者在脂質(zhì)雙層膜上進(jìn)行了電生理學(xué)實(shí)驗(yàn)，復(fù)制了脂質(zhì)膜周圍細(xì)胞或微生物然后使用現(xiàn)有的AMP模型分析結(jié)果，以確定這些抗微生物肽在破壞微生物細(xì)胞膜方面的效率。

研究小組發(fā)現(xiàn)H2和H4肽通過在微生物細(xì)胞膜上形成孔來抑制微生物活動(dòng)，導(dǎo)致離子從細(xì)胞中泄漏出來，最終殺死它們。這種抗微生物活性的效率受離子滲透性(離子從細(xì)胞中泄漏的速度)，孔形成速度和形成的孔的大小的影響。

結(jié)果表明，肽轉(zhuǎn)化為具有相同原子組成但具有不同原子排列的另一分子的能力促進(jìn)了更快的孔形成。雖然H2形成比H4更大的孔，但H4更快地形成孔。同時(shí)，H2 / H4的混合物以比H4慢的速率形成中等大小的孔，但D-氨基酸的存在增強(qiáng)了對(duì)脂質(zhì)膜的結(jié)合親和力，從而改善了其破壞能力。

可以把它想象成一個(gè)不同大小的陷阱場(chǎng);較大的陷阱需要更長的挖掘時(shí)間，但可以捕獲更多的動(dòng)物而不是較小的坑。另一方面，人們可以在挖掘幾個(gè)大坑的同時(shí)挖掘許多較小的坑。挖掘中等大小的陷阱并添加誘餌或誘餌以吸引動(dòng)物到達(dá)坑中，這將是最有效的方法。

揭示促進(jìn)這些肽的抗微生物活性的分子機(jī)制可以幫助我們更好地了解青蛙的防御系統(tǒng)是如何進(jìn)化的，以及如何將其用于對(duì)抗具有醫(yī)學(xué)重要性的微生物感染。根據(jù)Kawano的說法，最終目標(biāo)是利用這種機(jī)制開發(fā)出更好的抗菌藥物，特別是抗生素抗性細(xì)菌的抗菌藥物。