靜岡縣立大學研究生院藥食生命科學綜合學府的小澤日華裏（博士研究生）、宮田梓（碩士研究生），食品營養科學部的三好規之教授、伊藤創平副教授、藤浪大輔助教，以及分子科學研究所生命創成探究中心的林成一郎博士研究員、加藤晃一教授等人的研究團隊宣佈，發現了一種可增強抗生素活性的新型酶「PalQ」。該成果有望成為抗菌藥物開發及肽類藥物研發的新基礎。相關研究成果已發表在期刊《Journal of the American Chemical Society》的7月13日刊上。
圖1 可增強抗生素活性的新型酶（供圖：靜岡縣立大學）
圖2 異戊烯基化抗菌肽的製備（供圖：靜岡縣立大學）
抗生素無效的耐藥菌增加導致難以治療的傳染病增多，全球每年有超過100萬人因此死亡。儘管對新型抗生素的發現與臨床應用需求迫切，但多數候選化合物的實用化進程舉步維艱。
為打破這種現狀，通過對現有抗生素施加化學或氧化修飾以提高抗菌活性及穩定性等性能的技術備受關注。
此次，研究團隊使用徹底調查微生物基因資訊後發現新型酶「PalQ」，實現了對抗菌肽的脂質修飾。
PalQ能夠催化將脂質的一種——異戊烯基（以異戊二烯單元C5H8為基本骨架的脂質）轉移至抗菌肽的色胺酸殘基上的反應（異戊烯基化）。
研究團隊藉助「PalQ」酶，對plantarum A、PA-Win等9種抗菌肽與異戊烯基的組合進行了探討。
結果顯示，用中等鏈長的異戊烯基修飾位於肽鏈末端的色胺酸後，plantarum A的抗菌活性提升了18倍，PA-Win的抗菌活性提升了15倍。研究團隊還通過分子動力學模擬，揭示了這種活性提升的原因是異戊烯基與細胞膜之間的相輔作用。
此外，研究團隊通過運用AI進行結構優化，成功為「PalQ」賦予了有機溶劑耐性，並拓展了其適用的抗菌肽種類。
該成果有望成為抗菌藥物開發及肽類藥物研發的新基礎。
藤浪助教表示：「蛋白質由有限的20種氨基酸構成，而我們通過運用在自然界中發現的酶，對「人為拓展其化學多樣性」發起了挑戰。今後，我們希望結合人類直覺與AI的構思，致力於設計新型蛋白質。」
原文：《科學新聞》
翻譯：JST客觀日本編輯部
【論文資訊】
期刊：Journal of the American Chemical Society
論文：Expanding the Chemical Space of Antimicrobial Peptides via Enzymatic Prenylation
DOI：doi.org/10.1021/jacs.5c06850
