抗菌肽对细菌杀伤作用的分子机制

抗菌肽是一类新型的抗菌物质,从最低等的生物病毒、细菌到高等的动植物都有广泛分布. 以往的研究主要集中于抗菌肽对细菌细胞膜的作用机制,已经构建了三种作用模式. 但近几年的研究表明,很多抗菌肽都能有效地穿过细菌的细胞膜,直接与胞内分子相互作用,并不引起膜的破裂. 抗菌肽根据其结构特点有着多种杀菌穿膜的机制,其后分别与胞内的靶分子如核酸,蛋白质,信号转导通路等互相作用,最终实现对细菌的杀伤作用.     

抗菌肽的研究现状和挑战

抗菌肽(AMPs)广泛存在于生物体内,可以协助机体抵御外源微生物的侵害,是生物体先天性防御系统中的重要组成成分。普遍认为,抗菌肽通过膜损伤机制,破坏微生物细胞膜或细胞壁的完整性,达到抑杀微生物的目的。然而,越来越多的证据表明抗菌肽还存在非膜损伤机制,作用于胞内靶位点杀伤细胞。由于其独特的作用机制及广谱抗菌活性,抗菌肽被应用于各行各业。但是,抗菌肽的推广应用也面临着诸多难题,如生物稳定性、抗菌活性的维持和微生物耐受性等。主要对抗菌肽的种类、作用机制、微生物对抗菌肽耐受性的产生机制及抗菌肽的应用和挑战进行综述。     

基于扫描离子电导显微镜负反馈扫描控制技术的高分辨率膜片钳技术

细胞膜表面精细结构中的离子通道具有重要的生理功能。为了克服目前利用光学显微镜进行微电极定位的传统膜片钳技术分辨率的不足,本实验室将扫描离子电导显微镜技术(scanning ion conductance microscopy,SICM)与商用膜片钳技术相结合,构建了基于SICM负反馈扫描控制技术的高分辨率膜片钳技术。我们首先运用SICM负反馈技术控制纳米尺度玻璃微探针进行活体细胞表面的非接触扫描,获得细胞膜表面微结构的高分辨率成像,而后运用SICM负反馈控制技术操控该微探针在细胞膜表面非接触地移动并将其精确定位于扫描成像中感兴趣的膜表面纳米尺度微结构上方,最后利用该微探针作为膜片钳记录电极实现对此微结构的高分辨率电生理信号记录。为了检验该技术实现高分辨率离子通道记录的能力,分别在活体单层膜犬肾上皮(MDCK)细胞膜的微绒毛、细胞间的紧密连接等纳米尺度微结构上进行了细胞贴附式离子通道记录,结果显示MDCK细胞膜微绒毛的离子通道在钳制电压(pipette holding potential)为-100、-60、-40、0、+40、+60、+100mV条件下处于开放状态,而MDCK细胞间的紧密连接处在钳制电压为-100、-40、0、+40、+100mV条件下未检出有离子通道开放动作。结果提示,我们构建的高分辨率膜片钳技术实现了微探针的准确定位及特定纳米尺度微结构上的高分辨率膜片钳记录,为活体生物样品表面离子通道的空间分布及其功能研究提供了一种有效的工具。     

抗菌肽BLFcin6与不同磷脂膜之间相互作用的分子动力学模拟研究

抗菌肽具有广谱抗菌特性,有望成为抗生素较好的替代产品.研究抗菌肽的抗菌机制,可以为新型抗菌肽的设计提供指导.无论抗菌肽采用哪种抗菌机制,其首先要稳定地吸附到细胞膜之上.因此,本文利用分子动力学模拟方法比较了抗菌小肽BLFcin6与5种不同细胞膜之间的相互作用.对这5种细胞膜而言,小肽会很快结合在POPG膜和DPPC-CHOL膜的表面,倾向于进入DPPC膜的疏水内部,与POPC膜和POPC-CHOL膜的接触很少.考察相互作用能,小肽与POPG膜的相互作用最强,主要是小肽与细胞膜亲水头部存在静电相互作用;小肽与DPPC膜的疏水尾部的相互作用较强,但受胆固醇影响,小肽只结合在DPPC-CHOL膜表面.在结合过程中,小肽N端的Arg会先结合到细胞膜上,静电相互作用在小肽锚定细胞膜的过程中起关键作用.以上研究从原子水平上解释了为什么BLFcin6小肽具有抗菌作用,哪些残基起关键作用,也为进一步开展BLFcin6小肽及其衍生小肽的研究奠定基础.     

细菌对抗菌肽的耐受机制

抗菌肽广谱、高特异、高生物活性等特点决定其具极大的临床应用潜力,然而抗菌肽的耐受是其药物开发必须重视和亟待克服的问题。从生物学的观点看,部分细菌可以产生抗菌肽,其必定存在逃避自身抗菌肽作用的机制;从进化的观点看,宿主和病原体之间是相互抑制、相互逃避、相互适应的关系,细菌在漫长的进化中会形成应对抗菌肽的特殊机制。抗菌肽对细菌存在多种作用机制,其核心是依赖于与细胞膜相互作用或进入细胞,进而改变膜完整性或干扰胞内生理生化反应导致细菌死亡;而细菌通过减弱抗菌肽结合、降低抗菌肽有效浓度等方式产生对抗菌肽的耐受。这些耐受机制也为抗菌肽类药物开发提供重要的启示。     

胰腺β细胞的离子通道和胰岛素分泌

1 .胰腺β细胞膜上几种重要的离子通道和动作电位β细胞内的离子通道特性和胰岛素分泌的机制研究是深入了解糖尿病的基础。 2 0世纪 70年代初 ,胰岛 (ｉｓｌｅｔ)电生理研究表明 ,葡萄糖刺激伴随着β细胞膜电势的变化 ,并推测其与胰岛素分泌相关[1] 。 2 0世纪 70年代末 ,Ｎｅｈｅｒ等[2 ] 发明了膜片钳记录技术 ,大大促进了包括β细胞在内的单细胞电生理的研究。1 .1　Ｋ 通道　　 2 0世纪 80年代前期 ,各种不同膜片钳构型的研究都表明 ,葡萄糖刺激下β细胞的膜电势变化源于膜上一种Ｋ 通道活性的改变 ,因其可直接被ＡＴＰ关闭而被命名为…     

荧光膜片钳新技术的应用及进展

荧光膜片钳(patch-clamp fluorometry,PCF)是将离子通道蛋白局部的构象变化和门控紧密结合,实时记录同一膜片上离子通道的荧光和电流信号的创新型生物物理学技术,其特点是将经典的膜片钳和现代光学记录结合起来,实时同步完美呈现离子通道执行其功能时的蛋白质构象信息.与研究结构的X射线和冰冻电镜不同,荧光膜片钳提供离子通道处于真实细胞膜生理环境并执行功能的实时动态结构信息.随着新的光学技术、显微成像技术、图像分析技术等的进步,大大地扩展了荧光膜片钳技术的记录范围、分辨精度及敏感度,使研究者以前所未有的时空分辨率来实时观察和记录离子通道蛋白的结构变化.     

细胞-场效应管传感器及其应用

细胞膜电位是由细胞膜内外两侧离子浓度差所产生的电位差,包含静息电位和动作电位.电压钳和膜片钳是细胞膜电位检测和记录的主要技术,电压钳的电极和膜片钳的玻璃管对细胞膜有刺激,并且不能对细胞进行在线监测和记录.细胞-场效应管传感器是一种用细胞膜电位通过场效应管栅极控制漏源电流,从而感受细胞膜电位的新型器件,具有对细胞膜无刺激、在线、长时程、实时等特点,是细胞膜电位检测和记录的新技术,可广泛应用于科学研究、药物开发、医疗器械、检验检疫、环境保护、公共安全等领域.本文主要介绍这种传感器的结构、转移特性、等效电路、制备工艺以及动作电位记录、细胞生长实时监测、细胞外分泌监测、肿瘤标志物检测等方面的应用.     

家蝇抗菌肽对细菌细胞表面特性影响及其作用机理的研究

利用微生物对十六烷吸附的方法(MATS方法)、微电泳方法与测定细菌质膜上β-半乳糖苷酶活性的方法,探讨了家蝇抗菌肽对大肠杆菌等6种细菌细胞表面特性及其细胞膜的作用机制。研究结果表明,抗菌肽使细菌表面电负性增强,对G 细菌细胞表面电荷的改变大于对G-的改变,使细菌细胞表面疏水性不同程度的下降。抗菌肽引起细菌细胞膜通透性迅速增加,不同细菌β-半乳糖苷酶释放的最大速度VP在3.86pmol/min～6.92pmol/min,相应的时间TP为0,由此推测抗菌肽对细胞膜的作用机制是“形成孔洞”。     

膜片钳技术的新进展及其在药物高通量筛选中的应用

作为先进的细胞电生理技术,膜片钳一直被奉为研究离子通道的“金标准”。应用膜片钳技术可以证实细胞膜上离子通道的存在并能对其电生理特性、分子结构、药物作用机制等进行深入的研究。基因组学、蛋白质组学研究表明,以离子通道为靶标的药物研究在未来具有很大的发展空间。为了突破由于筛选技术所造成的针对离子通道为靶标的药物研发的瓶颈,近年来,对膜片钳技术进行了改进以适合药物高通量筛选的需求,由此产生了一些新的技术。本文就最近几年膜片钳技术的新进展及其在药物高通量筛选中的应用进行了综述。     

抗菌肽及抗菌肽转基因植物研究进展

抗菌肽是一类小分子多肽,在生物体内分布广泛,具有广谱的抗菌性,是生物体内天然防御系统的一部分。主要介绍了抗菌肽的性质,类型,作用机制及抗菌肽转基因植物的研究进展。     

弱酸性家蝇蛆抗菌肽MD7095的分离纯化及性质研究

家蝇抗菌肽多是碱性蛋白,目前尚无弱酸性家蝇抗菌肽的报道。通过稀醋酸低温浸提,海藻酸吸附,稀盐酸低温洗脱、盐析、Sephadex G25凝胶过滤和CMC23弱阳离子交换柱层析等方法,利用灵敏的杀菌活性检测手段,从家蝇蛆(Musca domesticalarvae)中分离纯化出一组弱酸性抗菌肽,对苏云金芽孢杆菌(Bacillus thuringiensis)等革兰氏阳性菌和几种革兰氏阴性菌有强烈的杀灭作用,有极强的耐热、耐冻融的特性。通过电洗脱方法进一步纯化出抗菌肽MD7095,质谱测定其分子量7095Da,IEF电泳测得其等电点5.59,经肽质量指纹谱(PMF)鉴定为一新肽。扫描电镜超微结构观察表明,弱酸性家蝇蛆抗菌肽对苏云金芽孢杆菌的杀菌机制主要是使细胞膜穿孔,内容物外泄,最终使细菌完全解体死亡。     

抗菌肽抗菌机制及其应用研究进展

抗菌肽是一类小分子肽,具有广谱的抗菌活性。以往对抗菌肽抗菌机制的研究主要集中在细菌细胞膜的作用上,包含"桶板"模型、"毯式"模型,"环形孔"模型和"凝聚"模型。近年来相继发现某些抗菌肽可以作用于细菌细胞内部,与核酸物质结合,阻断DNA复制、RNA合成;影响蛋白质合成;抑制隔膜、细胞壁合成,阻碍细胞分裂;抑制胞内酶的活性。本文从胞内机制和胞外机制两个角度对抗菌肽的抗菌机制进行综述,以期阐明各类抗菌肽的作用机制,为进一步研究菌株耐药性、杀菌效果及其杀菌机制提供科学根据。     

果蝇防御素在毕赤酵母中的表达及活性检测

抗菌肽是昆虫感染细菌后,由血细胞及脂肪细胞在瞬时分泌的抗菌物质。具有广谱抗菌活性和抑杀耐药菌株等优点。抗菌肽不仅抗菌谱广,而且对某些真菌、原虫、病毒及肿瘤有一定的杀灭和抑制作用,还能加速免疫和伤口愈合过程。防御素是一类在自然界中广泛存在的、具有微生物抗性的小分子抗菌肽。利用PCR技术,以果蝇总DNA为模板,扩增出两端加入了连接接头的防御素基因,将接头处理成粘性末端,将防御素基因与分泌型酵母表达载体pHBM905B重组,构建重组酵母表达载体pHBM905B/defensin,经"三明治"夹心平板筛选及菌落PCR鉴定证明目的基因已整合入酵母染色体中。挑选阳性克隆经甲醇诱导表达,以SDS-PAGE电泳对表达产物进行分析,证明表达蛋白的相对分子量约为10kD,与预期结果一致。用琼脂糖扩散法检测上清液的生物学活性,可以观察到明显的抑菌圈,显示其具有较强的抗菌活性。同时表达产物有极强的热稳定性,展示了诱人的应用前景,为进一步的开发研究奠定了基础。     

膜片钳技术在昆虫毒理学研究中的应用

膜片钳技术是现代电生理研究的基本方法 ,它以细胞膜上的离子通道为研究对象。离子通道是多种杀虫剂的作用靶 ,因此作为研究离子通道基本手段的膜片钳技术在药剂神经性作用机理研究中越来越受到重视。该文综述了膜片钳技术的基本原理及其在昆虫毒理学中应用的最新研究进展     

抗菌肽及其功能研究

抗菌肽是近年来发现的广泛存在于自然界的一类阳离子抗菌活性肽,越来越多的证据表明它们在宿主先天性免疫和适应性免疫中有着重要的作用。对抗菌肽的研究正不断深入。本文先从抗菌肽研究的历史背景出发,简要介绍了抗菌肽的一般特性;然后从抗菌肽的直接抗菌活性和免疫调节功能这两个方面重点阐述其在宿主防御过程中的作用,最后对抗菌肽的临床应用及前景做了一个概述。     

家蝇抗菌肽的抑菌动力学研究及其机理初探

利用鼠伤寒沙门氏菌针刺诱导家蝇幼虫表达抗菌肽,对抗菌肽的抑菌动力学进行研究,并通过抗菌肽样品对不同细菌动力学特性的研究出发对抗菌肽抑菌作用机制进行探讨。研究发现抗菌肽样品的活性与作用时间有关,24h内出现一到两个活性峰,同一抗菌肽样品对不同细菌的抑菌动力学有差异,抗菌肽的抑菌动力学机制应该与它的的抑菌作用机制有关。通过电镜观测、细胞磷代谢、紫外吸收物测定以及抗菌肽与细菌DNA相互作用结果可知,微生物诱导家蝇表达的抗菌肽样品不仅能够造成细菌细胞的快速坍塌破裂而且能够破坏细胞核心,与DNA结合作用。抗菌肽抑菌动力学的解释：微生物诱导产物中含有两类抗菌肽,一类抗菌肽能造成细胞膜的快速坍塌破裂形成第一个活性峰;另一类抗菌肽可进入细胞,破坏细胞核心,造成紫外吸收物大量外泄形成第二个活性峰。     

A laser microsurgical method of cell wall removal allows detection of largeconductance ion channels in the guard cell plasma membrane

Application of patch clamp techniques to higher-plant cells has been subject to the limitation that the requisite contact of the patch electrode with the cell membrane necessitates prior enzymatic removal of the plant cell wall. Because the wall is an integral component of plant cells, and because cell-wall-degrading enzymes can disrupt membrane properties, such enzymatic treatments may alter ion channel behavior. We compared ion channel activity in enzymatically isolated protoplasts of Vicia faba guard cells with that found in membranes exposed by a laser microsurgical technique in which only a tiny portion of the cell wall is removed while the rest of the cell remains intact within its tissue environment. "Laser-assisted" patch clamping reveals a new category of high-conductance (130 to 361 pS) ion channels not previously reported in patch clamp studies on plant plasma membranes. These data indicate that ion channels are present in plant membranes that are not detected by conventional patch clamp techniques involving the production of individual plant protoplasts isolated from their tissue environment by enzymatic digestion of the cell wall. Given the large conductances of the channels revealed by laser-assisted patch clamping, we hypothesize that these channels play a significant role in the regulation of ion content and electrical signalling in guard cells.