CN110437303B - 一种抗菌肽及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种抗菌肽及其应用。所述抗菌肽的氨基酸序列为如SEQ ID No.6、SEQ ID No.8、SEQ ID No.14和SEQ ID No.15所示的氨基酸序列中的至少一种。

Description

一种抗菌肽及其应用
技术领域
本发明涉及一种抗菌肽及其应用。
背景技术
抗生素作为上个世纪最伟大的发明之一,广泛应用于各类感染性疾病的治疗,从而挽救了无数人民的生命,其作用是通过抑制细胞内物质合成来实现抗菌功能,如细菌蛋白质、细胞壁及DNA或RNA等。大量使用传统抗生素会极大减弱对微生物的抑制作用,导致临床上出现各种耐药菌株,这是极其令人担忧的全球健康问题。导致抗生素耐药性起因是由于1)过度使用广谱抗生素,如头孢菌素;2)不正确的诊断,不必要的处方以及患者使用抗生素不当所引起的应激诱发突变。2018年末,中国细菌耐药监测公布了关于2017年全国细菌耐药监测报告显示,2017年甲氧西林耐药凝固酶阴性葡萄球菌(MRCNS)全国平均检出率高达76.0%,亚胺培南耐药鲍曼不动杆菌(IMP-R-ABA)检出率为55.5%,大肠埃希菌对第三代头孢菌素(即头孢曲松或头孢噻肟任一药物)耐药率仍然处于相对较高的水平,达54.2%,甲氧西林金黄色葡萄球菌(MRSA)全国平均检出率为32.2%,铜绿假单胞菌对碳青霉烯类药物耐药率为20.7%。甚至,世界卫生组织已经发布了一份“优先病原体”清单,其中包括12种细菌,这些多重耐药细菌几乎没有有效的治疗方案。预计到2050年,倘若无新的替代药物,由抗生素感染引起的死亡病例每年将导致1000万次。因此,急需研发一种具有新的作用机制的抗菌药物愈发严峻。
抗菌肽(antimicrobial peptides,AMPs)是几乎地球上所有的有机体由于外源微生物的入侵,因而在体内产生的一种天然非特异性免疫防御的物质。如昆虫受到外界刺激(微生物感染或意外伤害)后需对全身进行自我防御,主要于脂肪体(功能类似于哺乳动物的肝脏)合成抗菌肽,最终分泌到血淋巴中来达到自身免疫效果。抗菌肽能够插入病原体细胞膜内部,破坏膜结构且干扰胞内外渗透压,可导致细胞最终的死亡。抗菌肽分子量虽小,但具有良好的热稳定性和水溶性,能够杀菌快速,抗菌谱广,不容易诱导细菌产生耐药性,可以选择性地作用于原核细胞或肿瘤细胞,对正常细胞无明显作用,无致畸作用且不易产生蓄积中毒,生物毒性低,并且至今尚未发现抗菌肽具有耐药性的问题。
因此,抗菌肽有望能够作为传统抗生素的替代品,它的开发为解决传统抗生素耐药性问题提供了一个新的方向,作为“新生代抗生素”具有极广阔的前景。
发明内容
本发明之一提供了一种抗菌肽,其氨基酸序列为如SEQ ID No.6、SEQ ID No.8、SEQ ID No.14和SEQ ID No.15的氨基酸序列中的至少一种。
本发明之二提供了根据本发明之一所述的抗菌肽在抑菌和/或杀菌中的应用。
在一个具体实施方式中,所述应用为所述抗菌肽在抑制和/或杀灭细菌,和/或抑制和/或杀灭真菌中的应用。
在一个具体实施方式中,所述细菌为葡萄球菌属(Staphylococcus)、假单胞菌属(Pseudomonas)、芽孢杆菌属(Bacillus)和埃希氏菌属(Escherichia)中的至少一种细菌。
在一个具体实施方式中,所述细菌为金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)、铜绿假单胞菌(Pseudomonas aeruginosa)、苏云金芽胞杆菌(Bacillus thuringiensis)和大肠杆菌(Escherichia coli)中的至少一种细菌。
在一个具体实施方式中,所述应用为如SEQ ID No.6、SEQ ID No.8和SEQ IDNo.15所示的氨基酸序列中的至少一种在抑制和/或杀灭大肠杆菌、苏云金芽胞杆菌、金黄色葡萄球菌中的至少一种中的应用;和/或
所述应用为如SEQ ID No.8所示的氨基酸序列在抑制和/或杀灭大肠杆菌、苏云金芽胞杆菌、金黄色葡萄球菌和铜绿假单胞菌中的至少一种中的应用;和/或
所述应用为如SEQ ID No.14所示的氨基酸序列在抑制和/或杀灭大肠杆菌和/或金黄色葡萄球菌中的应用。
在一个具体实施方式中,所述细菌为金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)CMCC(B)26003、铜绿假单胞菌(Pseudomonas aeruginosa)CMCC(B)10104、苏云金芽胞杆菌(Bacillus thuringiensis)C10061和大肠杆菌(Escherichia coli)zk09800中的至少一种细菌。
在一个具体实施方式中,所述真菌为念珠菌属(Canidia)中的至少一种真菌。
在一个具体实施方式中,所述真菌为白色念珠菌(Canidia aibicans)。
在一个具体实施方式中,所述真菌为白色念珠菌(Canidia aibicans)CMCC(F)98001。
本发明的有益效果
如SEQ ID No.6、SEQ ID No.8和SEQ ID No.15所示的几种抗菌肽均对大肠杆菌、苏云金芽胞杆菌、金黄色葡萄球菌有良好的抑菌活性;SEQ ID No.8所示的抗菌肽还进一步对铜绿假单胞菌有抑菌活性;SEQ ID No.14对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌具有抗菌活性。这说明SEQ ID No.6、SEQ ID No.8、SEQ ID No.14和SEQ ID No.15抗菌肽能够针对常见革兰氏阴、阳性细菌有良好的抑制作用。另外,本发明的这几种抗菌肽对白色念珠菌也有一定的抗菌活性。本发明的两种抗菌肽由于其分子量小,化学合成难度小,能够很好的节约规模化生产成本,其还可以在后期被进一步改造为抗细菌效果更优的抗菌肽提供可代替材料。
附图说明
图1显示了候选肽6和8对大肠杆菌生长的影响。
图2显示了候选肽6和8对金黄色葡萄球菌生长的影响。
图3显示了候选肽14和15对大肠杆菌生长的影响。
图4显示了候选肽14和15对金黄色葡萄球菌生长的影响。
图5显示了时间与候选肽6和8杀灭大肠杆菌关系的曲线。
图6显示了时间与候选肽6和8杀灭金黄色葡萄球菌关系的曲线。
图7显示了时间与候选肽14和15杀灭大肠杆菌关系的曲线。
图8显示了时间与候选肽14和15杀灭金黄色葡萄球菌关系的曲线。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做以下详细说明。但这些实施例仅是范例性的,并不对本发明的范围构成任何限制。本领域技术人员应该理解的是,在不偏离本发明的精神和范围下可以对本发明技术方案的细节和形式进行修改和替换,但这些修改和替换均落入本发明的保护范围内。
如无特别说明,以下实施例中使用的试剂和仪器均可市售获得。
主要试剂及耗材
二甲基亚飒(DMSO)购于Sigma-Aldrich公司;氨苄西林购自纳川生物技术公司;PBS干粉购于Hyclone公司;无水乙醇、酵母提取物、蛋白胨、牛肉粉、可溶性淀粉、酸水解酪蛋白、麦芽糖、琼脂等均为市售国产或进口分析纯。96孔培养板、0.22μm滤膜过滤器、1mL一次性无菌注射针头购自哈尔滨世国生物有限公司。
培养基
营养琼脂(NA)培养基:蛋白胨1.0%,牛肉粉0.3%,NaCl 0.5%,琼脂1.5%,pH7.0,121℃湿热灭菌20min。
沙氏葡萄糖(SDB)培养基:麦芽糖4%,蛋白胨1%,pH6.0,121℃湿热灭菌20min。
沙氏葡萄糖琼脂(SDA)培养基:在SDB培养基中按照2%的比例加入琼脂,121℃湿热灭菌20min。
水解酪蛋白肉汤(MHB)培养基:牛肉粉0.2%,可溶性淀粉0.15%,酸水解酪蛋白1.75%,pH 7.0,121℃湿热灭菌20min。
水解酪蛋白琼脂(MHA)培养基:在MHB培养基中按照1.5%的比例加入琼脂,121℃湿热灭菌20min。
LB液体培养基:酵母提取物0.5%,蛋白胨1.0%,NaCl 1.0%,pH 7.0,121℃湿热灭菌20min。
LB固体培养基:在LB液体培养基中按照1.5%的比例加入琼脂,121℃湿热灭菌20min。
抗生素
氨苄西林:称取10mg溶于10mL无菌水中,制成浓度为1mg/mL后过0.22μm滤膜,置于-20℃保存备用。
测试菌株
细菌和真菌菌株:金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)CMCC(B)26003、铜绿假单胞菌(Pseudomonas aeruginosa)CMCC(B)10104和白色念珠菌(Canidia aibicans)CMCC(F)98001均购自北京科展生物科技有限公司。
苏云金芽胞杆菌(Bacillus thuringiensis)C10061以及大肠杆菌(Escherichiacoli)zk09800购自北京科展生物科技有限公司。
候选肽
利用测得的白星花金龟基因组全序列,与APD3抗菌肽数据库(http://aps.unmc.edu/AP/)中收集的抗菌肽序列进行比对,得到白星花金龟疑似天然抗菌肽,并对其进行结构预测,然后以白星花金龟疑似天然抗菌肽为模板肽,通过截短法、氨基酸替换法综合设计候选肽,候选肽的氨基酸序列如SEQ ID No.1至SEQ ID No.15所示,由北京酷来搏科技有限公司进行合成(纯度应大于95%)。其中,需要特别指出的是SEQ ID No.15的氨基酸序列在核苷酸和氨基酸序列表中为STLHLVLRLR,实际上其C末端还应该带有-NH2基,但由于核苷酸和氨基酸序列可读载体校验程序不识别,因此,序列表中的SEQ ID No.15的氨基酸序列C末端没有写入-NH2基。也就是说,SEQ ID No.15的序列实际为STLHLVLRLR-NH2,应以此为准。
候选肽由北京酷来搏科技有限公司合成。
候选肽溶液的配制:称取1mg多肽干粉溶于1mL溶剂中,使其浓度为1mg/mL,候选肽的序列中没有Cys,Trp,Met时,溶剂为700μL灭菌水+300μL DMSO;其余候选肽均用无水乙醇作为助溶剂(水:无水乙醇=700:300)。助溶剂缓慢地逐滴加入水中。候选肽溶解后过0.22μm滤膜,置于-20℃保存备用。
菌悬液的制备
将金黄色葡萄球菌、苏云金芽胞杆菌、大肠杆菌、铜绿假单胞菌分别划线接种于NA营养琼脂培养基;将白色念珠菌划线接种于SDA培养基中,分别置于恒温培养箱培养18h,,使各个菌生长状态达到对数期,挑取五种菌的单菌落分别放置于50mL MHB培养基进行培养16h,摇床转速为160rpm/min。用麦氏比浊管对各菌液的浓度进行测定,当麦氏比浊管浊度在0.5麦氏浊度左右时,分别制备各菌液的菌落数为1.5×108cfu/mL,再稀释100倍,制成106cfu/mL的菌悬液。
其中,金黄色葡萄球菌、大肠杆菌于、苏云金芽胞杆菌和铜绿假单胞菌于37℃培养,白色念珠菌于28℃培养。
琼脂打孔法筛选候选肽
为初步测定15种候选肽的抑菌效果,分别取100μL的1×106cfu/mL以上四种细菌的菌悬液分别均匀涂于20mL的MHB琼脂培养基中,置于37℃培养箱,待菌液凝固后,用直径为6mm的无菌枪头打孔(不可转动枪头,以防止琼脂裂缝而使溶液扩散不均),并将孔中培养基挑出,在每个平皿中的MHB琼脂培养基打6个孔,用一次性无菌针头挑净孔内培养基,两个孔的中心孔间距大于20mm,孔与平皿边缘间距大于10mm,标记+、-和1-15依次代表各平皿的孔中加入的样品为1mg/mL氨苄西林(阳性对照)、去离子水(阴性对照)以及1mg/mL 15种相应的候选肽溶液的编号,每孔各加55μL。于37℃恒温培养箱培养18h,每组重复三次平行实验,用游标卡尺测量抑菌圈直径大小并记录数据,以初步确定候选肽是否有抑菌活性。结果见表1。
表1
Figure GDA0002785636780000051
注:“—”代表没有或几乎没有明显抑菌圈,抑菌实验数据用平均值±SD表示。
抑菌实验结果显示,候选肽6和15对大肠杆菌、苏云金芽胞杆菌和金黄色葡萄球菌均具有抗菌活性;候选肽8不仅对上述菌有抑菌活性还对铜绿假单胞菌具有活性;而候选肽14对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌具有抗菌活性。其他候选肽对五种菌则几乎没有抑菌圈,后续实验不予考虑。
体外抗菌活性测定
最低抑菌浓度(Minimum Inhibitory Concentration,MIC)定义为抑制细菌生长所需药物的最低的浓度。MIC作为候选肽活性检测的标准,能够精确的反映设计合成的候选肽抑菌活性大小,试验时肉眼未见细菌生长的最低的药物浓度就是此药物的MIC,同一菌对不同多肽药物越敏感,MIC值越小,说明抗菌药物的作用越强。
在96孔板的每个孔中加入100μL空白MHB肉汤培养基,在第一列的第一个孔中加配好的浓度为2560μg/mL的候选肽6(其氨基酸序列如SEQ ID No.6所示)液100μL,混合均匀后,吸取100μL加入第一列的第二行,混匀均匀后,再取100μL加入下一行,以此重复,直至第八行吸取100μL弃去,此时候选肽6浓度从上至下依次为:1280,512,256,128,64,32,16,8(单位:μg/mL),再向每孔加入稀释好的108cfu/mL的金黄色葡萄球菌菌悬液100μL,此时每孔多肽浓度从上到下依次为:512,256,128,64,32,16,8,4(单位:μg/mL)。第二列和第三列为第一列的重复,即设置三次重复。
第四列至第六列为相同浓度的候选肽8(其氨基酸序列如SEQ ID No.8所示)液。
第七列至第九列为相同浓度的候选肽14(其氨基酸序列如SEQ ID No.14所示)液。
第十列至第十二列为相同浓度的候选肽15(其氨基酸序列如SEQ ID No.15所示)液。
以终浓度为1μg/mL的氨苄西林为阳性对照,以去离子水为阴性对照。阳性对照和阴性对照同样设置三次重复。
将96孔板放入37℃恒温培养16h,然后分别涂布于MHB琼脂培养基上于37℃培养16h后菌落计数,以接近无菌生长的最少菌落的最低多肽液浓度为MIC值。
针对铜绿假单胞菌、苏云金芽胞杆菌、大肠杆菌和白色念珠菌的体外抗菌活性测定参照对金黄色葡萄球菌的活性测定。
结果见表2。
表2
Figure GDA0002785636780000061
由上述结果可知,候选肽6、候选肽8、候选肽14和候选肽15对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的作用效果相对更好,故后续实验以这两种菌作为代表进行后续实验。
动态抑菌分析
通过测定候选肽对细菌生长曲线的影响,来分析其动态抑菌效果。
在96孔培养板的孔中分别加入100μL制备好的浓度为1.0×106cfu/mL的大肠杆菌的菌液,再加入100μL终浓度分别为MIC值,和1/4倍MIC值的候选肽6溶液作为实验组1;用候选肽8以与候选肽6相同的处理方式处理大肠杆菌作为实验组2;以100μL MHB培养基+100μL菌液作为生长对照组,置于37℃培养,使用酶标仪每隔1h测定96孔板的OD600nm值,共记录10h。每组进行三次平行实验。结果如图1。
用候选肽6和候选肽8分别处理1.0×106cfu/mL浓度的金黄色葡萄球菌作为实验组3和实验组4,实验操作方式同上述处理大肠杆菌的方式。结果见图2。
用候选肽14和候选肽15分别处理1.0×106cfu/mL浓度的大肠杆菌作为实验组5和实验组6,实验操作方式同上述候选肽6和候选肽8处理大肠杆菌的方式。结果见图3。
用候选肽14和候选肽15分别处理1.0×106cfu/mL浓度的金黄色葡萄球菌作为实验组7和实验组8,实验操作方式同上述候选肽6和候选肽8处理大肠杆菌的方式。结果见图4。
从图1可以看出,在1/4倍MIC浓度下的氨苄西林组在2至4h以后,大肠杆菌开始有缓慢生长的趋势,4h以后生长速度显著提升,直至达到了其正常水平;相较之下,在1/4倍MIC的浓度下的候选肽6和8在3至4h间,才陆续开始有生长的趋势,直至4h以后,大肠杆菌才恢复正常的生长水平;而MIC的浓度下候选肽6和8在整个测试过程中均表现出生长抑制作用。
从图2可以看出,在1/4倍MIC浓度下的氨苄西林组在2h左右,金黄色葡萄球菌开始有生长趋势,并很快达到了正常水平;1/4倍MIC浓度下的候选肽6和8在3h以后才开始有缓慢增长,在4h以后,1/4倍MIC浓度下的候选肽6和8均相继开始有生长的趋势,直至达到了正常的生长水平;而MIC的浓度下候选肽6和8在整个测试过程中均表现出生长抑制作用。从1/4倍MIC浓度下的结果可以明显看出,候选肽6抑菌效果更为明显。
从图3可以看出,在1/4倍MIC浓度下的氨苄西林组在3至4h以后,大肠杆菌开始有缓慢生长的趋势,4h以后生长速度显著提升,直至达到了其正常水平;同样地,在1/4倍MIC的浓度下的候选肽14和15在3至4h间,也才陆续开始有生长的趋势,直至4h以后,大肠杆菌才恢复正常的生长水平;而MIC的浓度下候选肽14和15在整个测试过程中均表现出生长抑制作用。
从图4可以看出,在1/4倍MIC浓度下的氨苄西林组在3h左右,金黄色葡萄球菌开始有生长趋势,并很快达到了正常水平;1/4倍MIC浓度下的候选肽14和15在3h以后才开始有缓慢增长,在4h以后,1/4倍MIC浓度下的候选肽14和15均相继开始有生长的趋势,直至达到了正常的生长水平;而MIC的浓度下候选肽14和15在整个测试过程中均表现出生长抑制作用。从1/4倍MIC浓度下的结果可以明显看出,候选肽14抑菌效果更为明显。
综上,候选肽6、候选肽8、候选肽14和候选肽15处理组能够更好地延缓大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的生长。
时间-杀菌曲线
在浓度为1.0×106cfu/mL的大肠杆菌的菌悬液中分别加入终浓度为2倍MIC值的候选肽6或8溶液,混匀后37℃,100rpm/min震荡培养,分别取培养第0h,1h,2h,3h,4h,5h的菌液100μL,稀释10倍后取100μL均匀涂布于NA培养基,于37℃培养12h后,平板菌落计数细菌数量。以MHB培养基为生长对照组。每组实验重复3次。以不同时间点(h)为横坐标,菌落数的对数lg(cfu/mL)为纵坐标,绘制时间-杀菌曲线。结果如图5。
用候选肽6或候选肽8分别处理1.0×106cfu/mL浓度的金黄色葡萄球菌,实验操作方式同上述处理大肠杆菌的方式。结果见图6。
从图5和图6可以看出,在2倍MIC浓度下的候选肽处理后,候选肽6和候选肽8都可立即杀菌,菌落数显著减少,随着时间的增加,杀菌速度逐渐减弱,曲线呈平缓趋势。
用候选肽14或候选肽15分别处理1.0×106cfu/mL浓度的大肠杆菌或金黄色葡萄球菌,实验操作方式同候选肽6或候选肽8处理两种菌的方式,结果如图7和图8。
从图7和图8可以看出,在2倍MIC浓度下的候选肽处理后,候选肽14和候选肽15都可立即杀菌,菌落数显著减少,随着时间的增加,杀菌速度逐渐减弱,曲线呈平缓趋势。
序列表
<110> 中国农业科学院植物保护研究所
东北农业大学
<120> 一种抗菌肽及其应用
<130> LHA1960284
<160> 15
<170> SIPOSequenceListing 1.0
<210> 1
<211> 10
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<211> 9
<212> PRT
<213> 人工序列(non)
<400> 12
Ser Leu Ala Arg Ala Gly Lys Val Arg
1 5
<210> 13
<211> 10
<212> PRT
<213> 人工序列(non)
<400> 13
Ser Thr Leu His Leu Val Leu Arg Leu Arg
1 5 10
<210> 14
<211> 10
<212> PRT
<213> 人工序列(non)
<400> 14
Ile Val His Leu Leu Thr Lys Met Thr Lys
1 5 10
<210> 15
<211> 10
<212> PRT
<213> 人工序列(non)
<400> 15
Ser Thr Leu His Leu Val Leu Arg Leu Arg
1 5 10

Claims (7)

1.一种抗菌肽,其为氨基酸序列如SEQ ID No.6所示的抗菌肽、氨基酸序列如SEQ IDNo.8所示的抗菌肽、氨基酸序列如SEQ ID No.14所示的抗菌肽和氨基酸序列如SEQ IDNo.15所示的抗菌肽中的至少一种。
2.根据权利要求1所述的抗菌肽在制备用于抑菌和/或杀菌药物中的应用,其特征在于,所述应用为氨基酸序列如SEQ ID No.6所示的抗菌肽和氨基酸序列如SEQ ID No.15所示的抗菌肽中的至少一种在抑制大肠杆菌(Escherichia coli)、苏云金芽胞杆菌(Bacillus thuringiensis)、金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)中的至少一种,和/或氨基酸序列如SEQ ID No.6所示的抗菌肽和氨基酸序列如SEQ ID No.15所示的抗菌肽中的至少一种在杀灭大肠杆菌(Escherichia coli)中的应用。
3.根据权利要求1所述的抗菌肽在制备用于抑菌和/或杀菌药物中的应用,其特征在于,所述应用为氨基酸序列如SEQ ID No.8所示的抗菌肽在抑制大肠杆菌(Escherichiacoli)、苏云金芽胞杆菌(Bacillus thuringiensis)、金黄色葡萄球菌(Staphylococcusaureus)和铜绿假单胞菌(Pseudomonas aeruginosa)中的至少一种,和/或氨基酸序列如SEQ ID No.8所示的抗菌肽在杀灭大肠杆菌(Escherichia coli)和金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)中的至少一种中的应用。
4.根据权利要求1所述的抗菌肽在制备用于抑菌和/或杀菌药物中的应用,其特征在于,所述应用为氨基酸序列如SEQ ID No.14所示的抗菌肽在抑制和/或杀灭大肠杆菌(Escherichia coli)和/或金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)中的应用。
5.根据权利要求2所述的应用,其特征在于,所述金黄色葡萄球菌(Staphylococcusaureus)为CMCC(B)26003菌株,所述苏云金芽胞杆菌(Bacillus thuringiensis)为C10061菌株,所述大肠杆菌(Escherichia coli)为zk09800菌株。
6.根据权利要求3所述的应用,其特征在于,所述金黄色葡萄球菌(Staphylococcusaureus)为CMCC(B)26003菌株,所述铜绿假单胞菌(Pseudomonas aeruginosa)为CMCC(B)10104菌株,所述苏云金芽胞杆菌(Bacillus thuringiensis)为C10061菌株,所述大肠杆菌(Escherichia coli)为zk09800菌株。
7.根据权利要求4所述的应用,其特征在于,所述金黄色葡萄球菌(Staphylococcusaureus)为CMCC(B)26003菌株,所述大肠杆菌(Escherichia coli)为zk09800菌株。
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