Only Perception: 中研院發現製造新抗生素的新方法

2008-01-17

中研院發現製造新抗生素的新方法

◆ 中研院找出三化合物破壞細菌

朱立群／台北報導中國時報 2008.01.17

中央研究院院長翁啟惠領導的抗生素研究團隊，利用全球最先進的超高速機器手臂，以及「狸貓換太子」技術，篩選出強力抗生素製劑，可用來製造新一代超級抗生素，殺死金黃色葡萄球菌等所有革蘭氏陽菌，研究成果日前受到美國國家科學院肯定。

這些抗生素製劑都是「小而美」的小分子化合物，被拿來替代「大而無當」的大分子「富樂黴素」（Moenomycin）。測試結果發現，這些小分子製劑能夠有效抑制轉醣酶，進而阻止細菌樹立其「強壯」的細胞壁來侵害人體。

細菌細胞表面的兩個酵素「轉胜肽酶」與「轉醣酶」是細胞壁合成的關鍵，有助細菌生長，強力抗生素必須能夠破壞這兩個酵素的活性，才能遏止細菌破壞人體。包括盤尼西林在內，一半以上的抗生素已能對抗轉胜肽酶。但人類對轉醣酶仍束手無策，目前唯一有效的轉醣酶抑制劑是「富樂黴素」，但它是大分子，很難被人體吸收。

研究人員說，研究過程需要大量轉醣酶，研究團隊先用大腸桿菌培養一大桶備用。接下來把富樂黴素修飾成會發亮的「螢光探針」，並把它與轉醣酶浸泡在一起。

當轉醣酶與發亮的富樂黴素浸泡結合時，研究者「狸貓換太子」，趁機打入各種不同的小分子化合物，若發現有化合物會把螢光探針踢走，並自行與轉醣酶結合，就代表這個化合物有製成抗生素的潛力。

研究團隊已找出三個「菁英」化合物，未來還將繼續篩選，希望能找出最強的抗生素藥物。

研究成員包括中研院長翁啟惠及該院基因體中心研究員鄭偉杰、馬徹、鄭婷仁。他們整合醣分子科學、膜蛋白技術及有機化學，找出抑制轉醣酶的機制，並用超高速機器手臂篩選化合物，研究論文登上本月最新一期《美國國家科學院院刊》（The Proceedings of the Academy of Sciences），受到國際注意。

中研院找出可替代富樂黴素的小分子化合物，未來可製成強力殺菌抗生素。台大醫院小兒感染科主任黃立民表示，中研院的實驗方法很先進，但構想不新，而且要到製藥上市階段，至少還需五至十年。

黃立民表示，醫界早就知道富樂黴素（Moenomycin）可抑制轉醣酶，但他肯定中研院運用醣化學及機器手臂等先進技術，篩選出具有製藥潛力的化合物。

※「肽、酶」二字，系統的支援還是不夠。

◆ 基因體研究中心　新突破方法開發新抗生素
http://db1n.sinica.edu.tw/textdb/gatenews/showpost.php?rid=1187

中央研究院中華民國97年01月16日

因為盤尼西林的發現，人類在與細菌的戰爭，算是贏得了第一回合。半個多世紀以來，因為抗生素的濫用與誤用，造成嚴重的抗藥性問題。現在，變種細菌似乎蓄勢待發，全球多起致命性的醫院內感染案例，似乎都與之有關；醫療界再度陷入尋找有效抗菌新藥的窘境。

然而，這一回合的局勢對人類而言也不是太糟。科學界對於盤尼西林所以能克服細菌的來龍去脈已瞭若指掌。這整個的關鍵，在於細菌必須有細胞壁的保護才能存活、繁殖。細胞壁的生成要靠一些特定的酵素，如果這些酵素失掉活性，細菌自然會凋零。盤尼西林及其衍生物的作用，就在於可以抑制細胞壁合成過程中的一個重要關鍵酵素『轉胜肽酶』 (Transpeptidase)，進而阻止細菌生長。科學家之所以依循脈絡，持續的尋找其他可以抑制這類酵素的方法，主要是因為人類體內沒有這類的酵素，因此，不會有解藥也是毒藥的顧慮。

另一個促成細胞壁合成的重要關鍵酵素是細菌表面的『轉醣酶』(Transglycosylase)。數十年來，醫藥研發界針對抑制『轉醣酶』活性的研發一直在進行，至今，唯一有效的抑制劑為天然物Moenomycin。Moenomycin可阻止細菌生長，現僅用於家禽、家畜類動物的飼料添加劑，但是，在人體內卻毫無用武之地。

在中央研究院鄭偉杰、馬徹、鄭婷仁及翁啟惠領導下，基因體研究中心的研究團隊成功地利用這些已知的藥物與特性，聚集多種科學領域的專才，研發出一個完整的技術平台。這個技術，對於尋找有效轉醣酶抑制劑，作為新的抗菌武器，是一項重大的突破。整個技術的說明，將在最新的美國國家科學院期刊發表。

因為標的物『轉醣酶』屬於膜蛋白，是一種少量難得的物質。為了要取得足夠的實驗用量，專長於膜蛋白研究的助研究員馬徹博士，首先展開研發表現及純化粹取膜蛋白的新方法。運用這個新方法，多位學生及助理共同合作而取得16種不同的細菌蛋白，利用大腸桿菌培養，成功地大量純化出這些轉醣酶膜蛋白。

另一方面，專長於有機化學的助研究員鄭偉杰博士順利純化此天然物，並進行一連串的化學修飾，而得到Moenomycin的螢光探針。螢光探針，是修飾物質的化學結構，使得因應某種化學特性時，以螢光顯示的一種化學方法。鄭偉杰實驗室，成功的研發出可以依附在Moenomycin卻不影響其性質的螢光探針。有此利器，Moenomycin的行跡就可以一覽無遺。

有了足夠的轉醣酶與追蹤Moenomycin的方法，研究助技師鄭婷仁博士，運用螢光異向性(fluorescence anisotropy)的技術，發展出可快速偵測轉醣酶活性的方法，可用來觀察有沒有那些化合物，在加入已經與Moenomycin有反應的『轉醣酶』後，因為有更好的結合力，導致『轉醣酶』捨Moenomycin而轉向新化合物。因為已經在Moenomycin裝置了螢光劑，當Moenomycin被捨棄時，就可以清楚被查證。接下來，研究團隊的目標，在於尋找可以和Moenomycin一樣能與『轉醣酶』發生作用，而且取代Moenomycin，足以作為『轉醣酶』抑制劑的其他解藥！基因體中心的高速藥物篩選實驗室，存有數十萬種的各式各樣化學合成物，這其中有已經核可的藥物，也有研究人員辛苦研發的獨特合成物。這其中有沒有研究小組要尋找的答案呢？

在高速藥物篩選實驗室包括研究技師鄭義循博士及鄭婷仁博士等的合力之下，研究人員總共篩選約57,000種化合物。皇天不負苦心人！11種化合物脫穎而出。再經過實驗的篩選，最後，判定3種化合物可以作為研發新抗生素的候選物。

鄭婷仁博士表示，『能夠找到合乎我們目標的化合物，的確是另人振奮的成果。不過，更令團隊鼓舞的，在於這整個環環相扣的方法，足以證明其他的解藥也可以如法炮製而找到！如果我們繼續收集高速藥物篩選實驗室的庫藏，不難判定，更理想的藥物也可以繼續發掘出來！』

此外，鄭偉杰博士也表示，『這項研究工作過程中，我們結合了有機合成、天然物純化、膜蛋白研究、藥物高速篩選等各種專長的研發，成功的展現了中心跨領域合作的成就及必要性！』

※ 相關報導：

＊ Domain requirement of moenomycin binding to bifunctional transglycosylases and development of high-throughput discovery of antibiotics
http://www.pnas.org/cgi/content/abstract/0710868105v1

Ting-Jen Rachel Cheng, Ming-Ta Sung, Hsin-Yu Liao,
Yi-Fan Chang, Chia-Wei Chen, Chia-Ying Huang, Lien-Yang Chou,
Yen-Da Wu, Yin-Hsuan Chen, Yih-Shyun E. Cheng, Chi-Huey Wong,
Che Ma, and Wei-Chieh Cheng
PNAS, Published online before print January 8, 2008,
doi: 10.1073/pnas.0710868105