Forskning i potentiel antibakteriel screening af kinesisk urtemedicin baseret på Pseudomonas aeruginosa quorum sensing-system
Pseudomonas aeruginosa (PA) er forbundet med forskellige infektioner. Nylige undersøgelser har vist, at PA's resistens øges gennem quorum sensing under antibiotikabehandling. I de senere år har PA på grund af den udbredte brug af antibiotika udviklet resistens over for flere antibiotika, hvilket gør behandlingen af kliniske PA-infektioner betydeligt vanskeligere. Det er blevet et presserende globalt problem at finde nye lægemidler til at undertrykke lægemiddelresistente PA. I betragtning af de rigelige ressourcer af traditionel kinesisk medicin i vores region overvejer dette projekt at tage udgangspunkt i traditionel kinesisk medicin og målrette mod nøgleproteiner, der er involveret i quorum sensing. Ved hjælp af molekylær docking søges der efter ligandmolekyler med høj affinitet til aktive steder i den traditionelle kinesiske medicins forbindelsesbibliotek. Ved at bruge antibakterielle tests til at validere resultaterne af den virtuelle screening sigter vi mod at identificere kinesisk urtemedicin, der kan hæmme PA-resistens i klinisk praksis i kombination med antibiotika.
Quorum sensing (QS) er et intercellulært kommunikationssystem, der koordinerer udtrykket af virulens i bakteriepopulationer. Mekanismen består af fem punkter: (1) Overekspression af effluxpumpegener; (2) Inaktiverende enzymer hydrolyserer lægemidler; (3) Biofilmdannelse; (4) Målmutation; (5) Nedsat ydre membranpermeabilitet.
PA's quorum sensing-system omfatter mindst fire undersystemer: Pseudomonas kinolonsignal (PQS), integreret quorum sensing-signal (IQS) og LAS- og RHL-systemer. Sammenlignet med traditionelle antibiotika kan quorum sensing-inhibitorer (QSI'er) derfor reducere toksiciteten af PA, mindske lægemiddelresistens, undgå sepsis og forbedre følsomheden af antibiotikabehandling.

Problemet med PA-resistens bliver stadig mere alvorligt, hvilket udgør en betydelig udfordring for den terapeutiske effekt af antibiotika i klinisk praksis. QS-systemet er udbredt i forskellige bakterier, især PA, og udviser kaskaderegulering mellem systemerne, hvilket regulerer bakteriernes patogenicitet og lægemiddelresistens. Sammenlignet med traditionelle antibiotika kan QSI'er hæmme QS-systemet hos målbakterier i passende koncentrationer uden at påvirke normal bakterievækst, reducere bakteriel virulens og hæmme spredningen af bakterietoksiner. De fem proteiner, der bruges i denne artikel, svarer til forskellige pathway-proteiner. Blandt dem er 5EOE et protein af typen BEL-1, der kan producere inaktiverende enzymer til at nedbryde β-lactamringen, hvilket fører til inaktivering af denne type antibiotika; 4HEF er et cephalosporin-hydrolasekompleks, der tilhører quorum sensing LAS-subsystemet. Det hæmmer serin β-laktase ved at danne et kovalent bindende enzymkompleks svarende til β-laktase, hvilket giver et strukturelt grundlag for dets bredspektrede hæmmende ydeevne; 4ZZL er en mutant af MexR-R21W, som er en hæmmer af MexAB OprM multidrug efflux pump operator i Pseudomonas aeruginosa. DNA-bindingsskade-mutationen fører til multiresistens. 4NR0 er en enoyl ACP-reduktase, der produceres til PA, og som spiller en vigtig rolle i syntesen af virulensfaktoren 3-oxo-C12HSL. 3H78 er et kompleks, der består af en signalbiosyntetisk enzymmutant af quinolon-pseudomonas og orthoaminobenzoat, som er en vigtig katalysator for biosyntese i bakterien. Inhibering af dette kompleks kan reducere produktionen af virulensfaktorer i PQS-systemet og mindske lægemiddelresistens.
I de senere år har undersøgelser vist, at nogle almindeligt anvendte kliniske lægemidler også har QSI-aktivitet. Aspirin, som er et traditionelt febernedsættende og smertestillende lægemiddel, har vist sig ikke at påvirke væksten af PA i en koncentration på 6 mg/ml, samtidig med at det har en vis hæmmende effekt på QS-virulensfaktorer som elastase og pyocyanin. Insektmidlet chloramphenicol kan hæmme produktionen af PA-virulensfaktorer og dannelsen af biofilm. Derudover har nogle kunstigt fremstillede lægemidler også egenskaber som QSI'er. For eksempel kan et syntetisk derivat baseret på furanon (5Z) -4-brom-5-(brommethylen)-3-butyl-2-(5H)-furanon), furanon C-30, hæmme udtrykket af effluxpumper og virulensfaktorer, hvilket øger PA-biofilmens følsomhed over for antibiotika. Men indtil videre er næsten alle disse undersøgelser forblevet i laboratoriefeltet, og deres kliniske aktivitet har stadig brug for yderligere forskning.
Denne artikel bruger MOE-software til virtuelt at screene de aktive ingredienser i 2733 almindelige kinesiske plantelægemidler og opnår 7 kinesiske plantelægemidler, der kan have hæmmende virkninger på lægemiddelresistente stammer: gallnød, ramie-rod, fårehovsøm, ildkulsmor, bladperle, vandfyr og flerblomstret vild pæon. Efterfølgende blev der udført relevant antibakteriel validering, og resultaterne var i overensstemmelse med de molekylære dockingberegninger, hvilket indikerer, at denne screening har en vis grad af rationalitet. Den virtuelle computerscreeningsmetode, der blev brugt i denne undersøgelse, er kendetegnet ved lave omkostninger og høj effektivitet. At kombinere beregninger i traditionelle farmakologiske eksperimenter kan føre til mere effektiv forskning. Det er dog værd at nævne, at nogle traditionelle kinesiske lægemidler ikke er blevet opnået i virtuel databehandling, men har vist antibakteriel aktivitet i faktisk screening (såsom Yanfumu, Xiqingguo, Hezi osv.), hvilket indikerer, at denne metode stadig er relativt rå med afvigelser og udeladelser og skal forbedres. I den senere fase vil molekylær dynamiksimulering blive brugt til at analysere vigtige videnskabelige spørgsmål som systemets mobilitet og hæmningsmekanisme.
Med hensyn til de udvalgte kinesiske urter i denne artikel observerede Chen et al., at gallnødder under visse omstændigheder har en vis rensende effekt på PA-biofilm og endda fjerner den fuldstændigt; Song et al. fandt, at ekstraktet af den kinesiske lægeurt Charcoal har en vis hæmmende effekt på væksten af PA, og dens mindste hæmmende koncentration er 15,63 mg/ml; Pandey et al. fandt gennem in vitro antibakterielle eksperimenter, at ekstrakter af fårehovbille (blade, stængelbark og blomster) har en vis antibakteriel effekt på PA.
Et andet formål med denne artikel er at give kliniske svar på antibiotikaresistente PA-infektioner. Vi samarbejder i øjeblikket med kliniske afdelinger om at udvælge forskellige traditionelle kinesiske lægemidler, som vil blive afkogt og kombineret med amoxicillin, cefotaxim og levofloxacin for at observere deres terapeutiske virkninger og gøre nogle fremskridt. Udøvere af klinisk kinesisk medicin har dog givet feedback om, at der er brug for stærkere traditionelle kinesiske medicinformler for at opnå en bedre prognose. Selv om de fleste stoffer stadig befinder sig på stadiet for forskning i biologisk aktivitet eller præklinisk forskning, og der er relativt få stoffer, der går ind i den kliniske forsøgsfase, vil der stadig være en masse usikkerhed i fremtiden. Men disse stoffer med forskellige virkningsmekanismer giver forskerne værdifulde erfaringer og forskningsidéer, som gør det muligt at udvikle nye antibakterielle lægemidler. QSI'er har gode anvendelsesmuligheder, og de rapporterede QSI'er er stadig begrænsede. Det er nødvendigt at undersøge sikre og effektive QSI'er, der virkelig er egnede til menneskelig brug, for at løse problemet med bakteriel resistens inden for medicin.