静冈县立大学研究生院药食生命科学综合学府的小泽日华里（博士研究生）、宫田梓（硕士研究生），食品营养科学部的三好规之教授、伊藤创平副教授、藤浪大辅助教，以及分子科学研究所生命创成探究中心的林成一郎博士研究员、加藤晃一教授等人的研究团队宣布，发现了一种可增强抗生素活性的新型酶“PalQ”。该成果有望成为抗菌药物开发及肽类药物研发的新基础。相关研究成果已发表在期刊《Journal of the American Chemical Society》的7月13日刊上。
图1 可增强抗生素活性的新型酶（供图：静冈县立大学）
图2 异戊烯基化抗菌肽的制备（供图：静冈县立大学）
抗生素无效的耐药菌增加导致难以治疗的传染病增多，全球每年有超过100万人因此死亡。尽管对新型抗生素的发现与临床应用需求迫切，但多数候选化合物的实用化进程举步维艰。
为打破这种现状，通过对现有抗生素施加化学或氧化修饰以提高抗菌活性及稳定性等性能的技术备受关注。
此次，研究团队使用彻底调查微生物基因信息后发现新型酶“PalQ”，实现了对抗菌肽的脂质修饰。
PalQ能够催化将脂质的一种——异戊烯基（以异戊二烯单元C5H8为基本骨架的脂质）转移至抗菌肽的色氨酸残基上的反应（异戊烯基化）。
研究团队借助“PalQ”酶，对plantarum A、PA-Win等9种抗菌肽与异戊烯基的组合进行了探讨。
结果显示，用中等链长的异戊烯基修饰位于肽链末端的色氨酸后，plantarum A的抗菌活性提升了18倍，PA-Win的抗菌活性提升了15倍。研究团队还通过分子动力学模拟，揭示了这种活性提升的原因是异戊烯基与细胞膜之间的相互作用。
此外，研究团队通过运用AI进行结构优化，成功为“PalQ”赋予了有机溶剂耐受性，并拓展了其适用的抗菌肽种类。
该成果有望成为抗菌药物开发及肽类药物研发的新基础。
藤浪助教表示：“蛋白质由有限的20种氨基酸构成，而我们通过运用在自然界中发现的酶，对“人为拓展其化学多样性”发起了挑战。今后，我们希望结合人类直觉与AI的构思，致力于设计新型蛋白质。”
原文：《科学新闻》
翻译：JST客观日本编辑部
【论文信息】
期刊：Journal of the American Chemical Society
论文：Expanding the Chemical Space of Antimicrobial Peptides via Enzymatic Prenylation
DOI：doi.org/10.1021/jacs.5c06850
