细菌细胞壁的模型帮助解决疾病

在最近的两项研究中,研究人员在印度科学研究所(印度)和联合利华合作开发细菌细胞壁的计算模型,可以加快抗菌素-分子的筛选可以杀死致病细菌。

每一个细菌细胞是由细胞膜包围,反过来细胞壁包围。一些细菌如大肠杆菌(大肠杆菌)革兰氏阴性——他们的细胞壁含有一层peptide-sugar复合物称为肽聚糖和脂质膜外。金黄色葡萄球菌(金黄色葡萄球菌)等革兰氏阳性——他们的细胞壁肽聚糖的只有几层。

抗生素杀死细菌,破坏细胞壁的脂质膜和不稳定肽聚糖层,或者通过把层细胞壁和细胞膜内部中断。然而,实际的抗菌分子之间的相互作用机制和这些细胞障碍是知之甚少。“细胞信封是一个大谜题的一部分,它常常被忽视,“Pradyumn Sharma说,前化学工程系博士生(CE),印度,报告的作者之一。

在一项研究中,研究小组创建了一个“原子论的模式”,计算机模拟,再现细胞壁的结构到单个原子的水平。它们包含参数如肽聚糖糖链的大小,肽的取向,孔隙大小的分布。

“肽聚糖层的结构是半透的,因为细菌需要营养和蛋白质,必须通过,”解释Ganapathy Ayappa, CE教授,通讯作者。这些空洞的抗菌素也穿过。Rakesh Vaiwala, CE和报告的作者之一,副研究员补充说,他们的团队是第一个提出一个全面的分子模型对金黄色葡萄球菌细胞壁。

使用超级计算机设备在印度,团队测试他们的模型的有效性与几个已知的抗菌素。蜂毒肽,其中一个短肽,结合与大肠杆菌细胞壁更高的效率比金黄色葡萄球菌。研究人员发现,蜂毒肽与肽参与这一过程被称为转肽作用的肽聚糖生物合成,并可能破坏细胞壁的完整性。麝香草酚、天然小分子转移迅速通过整个堆栈的细胞壁中肽聚糖的金黄色葡萄球菌。

在其他的研究中,该团队使用他们的模型来比较不同的表面活性剂分子的运动在大肠杆菌肽聚糖层。像洗涤剂,表面活性剂亲水头部的附加到water-avoiding尾链。团队首次展示了尾巴的长度之间的联系和抗菌表面活性剂的效果。等表面活性剂月桂酸盐与短链转移更有效地比长链油酸。这是通过实验证实了由联合利华的科学家团队,这表明,短链表面活性剂杀死细菌以更高的速度比与长链表面活性剂。

该小组还与Jaydeep Kumar Basu物理系教授,创建vesiclescomposed大肠杆菌中提取并与表面活性剂在显微镜下观察他们的互动。小泡被发现爆开的快得多的月桂酸盐而油酸。

“联合利华的目标是促进快速筛选的分子使用我们开发的计算模型,来缩小寻找潜在的抗菌剂分子的一个小子集,可以在实验室测试,”解释Ganapathy Ayappa。

参考:Vaiwala R, Sharma P, Ganapathy Ayappa k .区分抗菌素与革兰氏阴性和革兰氏阳性细菌细胞壁的交互使用分子动力学模拟。Biointerphases。2022;17 (6):061008。doi:10.1116/6.0002087

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