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研究發現「抗維他命」可殺惡菌 助處理日益嚴重抗藥性問題

2020/8/27 — 16:26

金黃色葡萄球菌

金黃色葡萄球菌

抗藥性惡菌問題近年加劇,醫學界一直尋找應對方法。周一 (24 日) 刊於《自然化學生物》的研究找到另類方法解決問題,用稱為「抗維他命 (antivitamins) 」的稀有分子殺死惡菌。

細菌對抗生素產生抗藥性情況歷史悠久,多重抗藥金黃色葡萄球菌 (MRSA) 與抗藥性淋病每年都造成 70 萬人死亡,部份超級惡菌也可感染如海豚等其他生物,對全球構成嚴重威脅。

傳統抗生素針對是細菌讀取其自身遺傳指令或構建其保護性細胞壁的能力,但由於微生物之間可互相和從環境竊取基因,人類需要更多的選擇來主導這場與細菌的攻防戰。

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因此,德國格丁根大學微生物學家 Fabian von Pappenheim 的團隊決定,嘗試影響細菌對維他命的需求,以尋找解決抗藥性問題,而該靈感來自細菌會利用維他命殺死競爭細菌。

維他命對於地球生命構建細胞成分、各組織和細胞運作至關重要。抗維他命則與維他命結構上非常相似,令生物系統將之誤以為是相同物質;前者能抑制維他命的功能,對將之攝取的細菌產生毒性。

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有參與研究的化學家 Kai Tittmann 解釋,抗菌維他命僅比維他命多一個原子,該原子就如複雜齒輪系統上的一粒沙,破壞系統運行。

人類蛋白質不被抗維他命影響

迄今為止,學界僅發現 3 種天然存在的抗維他命,分別是對應維他命 B2 的玫瑰黄色素 (roseoflavin, RoF)  ;對應維他命 B6 的銀杏毒素 (ginkgotoxin, GT)  ,以及對應維他命 B1 的 2'-甲氧基硫胺 (2′-methoxy-thiamine, MTh) 。

團隊利用大腸桿菌和人類酵素的蛋白晶體學方法研究 MTh 如何作為毒素發揮作用。他們發現維他命 B1 的甲基部份 (CH3) ,被 MTh 的甲氧基 (O-CH3) 取代,破壞維他命 B1 通常參與的代謝反應。甲氧基亦可從分子的其餘部分拆開麩胺酸 (Glutamate) ,令麩胺酸彼此黏著,阻止其參與任何反應。

經電腦模擬,團隊還發現人類相對的蛋白質,似乎不受抗維他命影響。有參與研究的馬克斯普朗克研究所化學家 Bert de Groot 補充,人類蛋白質根本不與抗維他命結合,又或不會被其影響而中毒。換言之,人類至少可以使用 MTh 來破壞細菌中相應維他命關鍵功能,同時保持人體系統健康。

報告明言,自然界已經進化出酵素系統,可有效區分僅在一個額外原子上不同結構相似的化合物。但在現階段難以預測細菌會否對 MTh 產生抗藥性。

來源:
Science Alert, Scientists May Have Identified Why COVID-19 Affects Men And Women So Differently, 26 August 2020

報告:
Rabe von Pappenheim, F., Aldeghi, M., Shome, B. & et al. (2020). Structural basis for antibiotic action of the B1 antivitamin 2′-methoxy-thiamine. Nat Chem Biol. doi: 10.1038/s41589-020-0628-4

文/Alan Chiu

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