一种高效安全的抗菌肽变体及其应用

本发明属于生物，具体涉及一种高效安全的抗菌肽变体及其应用。

背景技术：

1、抗菌肽(antimicrobial peptides，amps)又称宿主防御肽，广泛地存在于生物界，是机体先天免疫系统的重要组成成分，构成宿主防御病原微生物入侵的第一道屏障。这类活性多肽多数具有强耐酸碱性、热稳定性以及广谱抗菌等特点。1980年，瑞典科学家g.boman等人发现了世界上第一个抗菌肽，定名为cecropins。自从抗生素被发现以来，其对人类及动物的健康起到了重要的作用，对动物的生产及生长起到了重要的促进作用，但是，由于其耐药性、残留等问题越来越突出，越来越多的国家和地区都逐步实现了在动物饲料中禁止添加抗生素，同时不断规范临床抗生素的使用。近些年来，新的医用药物以及动物饲料中替代抗生素物质的研究成为人们关注和研究的热点，抗菌肽在医药、动物生产中的应用研究也越来越多。

2、当今，抗菌肽已经可以由原核生物到人类的大部分有机生物体中成功分离和分类。抗菌肽通常作用于细菌，在真核生物的天然免疫方面发挥着重要作用，被认为是古代进化中哺乳动物体内有效保留的免疫分子。因此，抗菌肽作为广泛存在于自然界生物中的一类多肽物质，可作为生物机体的第一道防线，能够抵抗病原体的侵害。抗菌肽具有抗细菌、真菌、病毒，抑杀癌细胞等多种生物活性，且不易产生抗药性。

3、目前抗菌肽在医学上的应用取得了一些令人满意的成果，已经有许多新型药物逐步迈入医药市场。研究最充分的是短杆菌素、多粘菌素和乳酸素。短杆菌素被限制用于表面伤口和上呼吸道系统感染；相反，多粘菌素不仅可用于治疗眼部感染，还可用于耐药革兰氏阴性菌引起的胃肠道感染和全身感染。另一种有效的环amp在治疗金黄色葡萄球菌感染引起的复杂皮肤和皮肤结构感染中起作用的是达托霉素，常用于联合治疗以提高治疗成功率。乳酸链球菌素用于牙科护理，胃溃疡治疗，结肠感染的治疗。两栖类抗菌肽magainin开发的抗菌肽药品mai278已经接近完成ⅲ期临床试验，对病毒和肿瘤细胞显示较好的杀伤作用。daptomycin是一种阴离子抗菌肽，由cubit pharmaceuticals公司研发，2003年9月由美国食品与药物管理局批准上市，其可用于金黄色葡萄球菌等革兰氏阳性菌引起的皮肤感染和脓毒症的治疗。除此之外，抗生素作为饲料添加剂应用于动物生产中，对畜牧业的发展起了重要作用，但其在动物体内和动物产品中的残留，以及病原菌产生的抗药性问题，对人类的健康和环境产生了负面的影响。可见，抗菌肽作为最有希望代替传统抗生素的物质，在医药行业和食品添加剂等领域有良好的应用前景。

技术实现思路

1、本发明主要目的在于提供一种高效安全的抗菌肽变体及其应用。研究表明来源于toadlet uperoleiamjobergii(澳大利亚蟾蜍)皮肤腺体分泌物的天然抗菌肽uperin3.6对部分细菌具有良好的抗菌活性，但对大肠杆菌的抗菌效果不好(mic值>100μg/ml)。因此，本发明以抗菌肽uperin3.6基础，通过对其进行改造获得了比天然抗菌肽uperin3.6抗菌性能更高的变体，以作为新一代抗菌药物的有力备选。

2、本发明高效安全的抗菌肽变体，以天然抗菌肽uperin3.6(如序列seq no:1所示)的淀粉样区段c端序列(uperin3.6的第8个至第17个氨基酸)为基础，用碱性氨基酸精氨酸(相对其它氨基酸有更强的抑制聚集作用)替换uperin3.6的原始无序n段(第1至第7个氨基酸)序列得到抗菌肽变体uperin3.6-n7r，其氨基酸序列如序列seq no:2所示。

3、本发明高效安全的抗菌肽变体，重复uperin3.6(如序列seq no:1所示)的淀粉样c端序列(uperin3.6的第8个至第17个氨基酸)并在其两端各加上3个精氨酸得到抗菌肽变体uperin3.6c-c-6r，其氨基酸序列如序列seq no:3所示。

4、本发明高效安全的抗菌肽变体，重复uperin3.6(如序列seq no:1所示)的淀粉样c端序列(uperin3.6的第8个至第17个氨基酸)并在其两端各加上3个精氨酸，以及在重复的两个uperin3.6淀粉样c端序列之间插入四氨基酸序列dpdg(具有形成β-turn的强烈倾向并抑制淀粉样聚集)得到抗菌肽变体uperin3.6c-6r-dpdg，其氨基酸序列如序列seq no:4所示。

5、进一步地，所述抗菌肽的c-端采用酰胺化修饰，n-端采用乙酰化修饰。

6、进一步地，所述改造体抗菌肽uperin3.6-n7r的分子量为2307.79da；uperin3.6c-c-6r的分子量为3307.04da；uperin3.6c-6r-dpdg的分子量为3691.38da。

7、本发明提供的多肽序列编码也在本发明的保护范围。

8、本发明抗菌肽变体的应用，是以所述抗菌肽变体制备抗菌制剂及相关制剂如抗癌制剂。

9、所述抗菌制剂对革兰氏阴性菌和/或革兰氏阳性菌均具有抑制和杀灭效果。具体包括大肠杆菌、枯草芽孢杆菌、藤黄微球菌、弗格森埃希菌、表皮葡萄球菌、铜绿假单胞菌、诺英式李斯特菌等。

10、对野生型和改造后的抗菌肽进行理化性能评估分析，所述理化性能评估分析包括最低抑菌浓度mic值、聚集动力学、二级结构分析、与膜相互作用分析及溶血活性分析。所述mic值是抑制革兰氏阳性菌枯草芽孢杆菌、藤黄微球菌、表皮葡萄球菌、诺英式李斯特菌以及革兰氏阴性菌大肠杆菌、弗格森埃希菌、铜绿假单胞菌的最低浓度值；聚集动力学是将抗菌肽与硫黄素t(tht)孵育，抗菌肽聚集形成的β-折叠片能够特异性地与硫黄素t(tht)结合，从而使荧光强度发生变化，通过硫黄素t结合荧光强度的变化来指示形成的聚集体数量变化；二级结构分析是检测抗菌肽在pbs缓冲液和模拟膜环境的2，2，2-三氟乙醇tfea中的远紫外圆二色谱；与膜相互作用分析是通过扫描电镜检测抗菌肽与细菌孵育后细菌细胞膜的变化；溶血活性分析是通过抗菌肽破坏红细胞膜释放血红蛋白的活性来评价抗菌肽对正常哺乳动物细胞的杀伤作用。

11、相较于现有技术，本发明的有益效果体现在：

12、本发明以现有天然抗菌肽序列为基础，插入具特定结构和效应的序列(有强烈形成β-turn倾向性、抑制淀粉样聚集的dpdg)和在末端添加有特定效应的序列(可抑制淀粉样聚集的连续3个arg)进行改造，通过人工合成获得短肽，测定所得系列短肽的抗菌活性等相关理化性质以评估其是否为amp及活性强度；本发明基于现有amp序列和抗菌活性信息，对其进行理性设计改造，并通过实验进行验证，能够高效快速地优筛抗菌肽，解决目前某些天然amp活性低和改造成功率低等问题。

13、本发明提供的改造抗菌肽有如下优点：该系列抗细菌多肽对革兰氏阴性菌和革兰氏阳性菌，具体包括大肠杆菌、枯草芽孢杆菌、藤黄微球菌、弗格森埃希菌、表皮葡萄球菌、铜绿假单胞菌、诺英式李斯特菌，均具有抑制和杀灭效果，具有良好的应用前景。本发明的改造抗菌肽可以用做制备抗菌药物(抗细菌的抑制剂，例如抗革兰氏阴性菌的抑制剂或抗革兰氏阳性菌的抑制剂)。因细菌细胞与癌细胞有很多相似性，很多抗菌肽也表现出抗癌活性，故本发明的改造抗菌肽的抗癌应用也在保护范围。