抗生素的分類和作用機(jī)理與前沿應(yīng)用
抗生素的定義
抗生素是由微生物（包括細(xì)菌、真菌、放線菌等）或其他生物在生命活動(dòng)過程中所產(chǎn)生的，具有抑制其他微生物生長(zhǎng)或直接殺滅作用的次級(jí)代謝產(chǎn)物，以及用化學(xué)方法合成或半合成的結(jié)構(gòu)類似物。在微觀世界的戰(zhàn)場(chǎng)上，細(xì)胞與微生物的博弈從未停止。抗生素作為人類干預(yù)這場(chǎng)戰(zhàn)爭(zhēng)的重要工具，通過精準(zhǔn)靶向細(xì)菌細(xì)胞的重要結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)感染性疾病的有效控制。從抑制細(xì)胞壁合成到干擾蛋白質(zhì)制造，從破壞膜結(jié)構(gòu)到阻斷遺傳信息傳遞，這些精巧的作用機(jī)制體現(xiàn)了人類對(duì)細(xì)胞生物學(xué)理解的不斷深化。
抗生素的分類
01 按作用機(jī)制分類
(1) 抑制細(xì)胞壁合成：阻斷細(xì)菌細(xì)胞壁主要成分肽聚糖的合成，導(dǎo)致菌體因滲透壓失衡而破裂溶解。如青霉素類、頭孢菌素類。
(2) 抑制蛋白質(zhì)合成：與細(xì)菌核糖體特定亞基結(jié)合，干擾氨基酸-tRNA對(duì)接或肽鏈形成，阻斷蛋白質(zhì)合成。如四環(huán)素類、大環(huán)內(nèi)酯類。
(3) 抑制核酸合成：抑制DNA回旋酶或RNA聚合酶活性，干擾遺傳物質(zhì)復(fù)制與轉(zhuǎn)錄過程。如利福平、喹諾酮類。
(4) 破壞細(xì)胞膜完整性：與細(xì)胞膜磷脂或固醇成分結(jié)合，增加膜通透性，引起胞內(nèi)物質(zhì)泄漏。如多粘菌素B。
(5) 干擾代謝途徑：競(jìng)爭(zhēng)性抑制葉酸合成等關(guān)鍵代謝步驟，如磺胺類。
02 按化學(xué)結(jié)構(gòu)分類
(1) β-內(nèi)酰胺類：青霉素、頭孢菌素
(2) 大環(huán)內(nèi)酯類：阿奇霉素、克拉霉素
(3) 氨基糖苷類：鏈霉素、慶大霉素
(4) 四環(huán)素類：多西環(huán)素、米諾環(huán)素
03 按抗菌譜分類
(1) 窄譜：主要針對(duì)特定菌種
(2) 廣譜：可抑制多種革蘭氏陽(yáng)性/陰性菌（如氯霉素）
04 按抗菌譜分類
天然抗生素：直接從微生物發(fā)酵產(chǎn)物中提取的抗生素。如青霉素G、鏈霉素。
半合成抗生素：以天然抗生素為母核，經(jīng)化學(xué)修飾改造。如阿莫西林、頭孢呋辛。
全合成抗生素：通過化學(xué)合成制備。如喹諾酮類、磺胺類。
抗生素使用注意事項(xiàng)
1. 選型：明確污染微生物類型，結(jié)合抗菌譜、藥敏試驗(yàn)及作用機(jī)制精準(zhǔn)選用。
2. 濃度：按說明書或預(yù)實(shí)驗(yàn)確定min有效濃度，避免過高（傷細(xì)胞）或過低（防污染失效）。
3. 使用：培養(yǎng)全程持續(xù)添加，根據(jù)抗生素穩(wěn)定性確定添加時(shí)間與補(bǔ)加間隔。
4. 存儲(chǔ)：-20℃避光密封保存，溶液需分裝避免反復(fù)凍融，特殊品種按說明書調(diào)整。
文獻(xiàn)案例
1. IG0770 硫酸慶大霉素
（Bai J,et al.ISME J. 2024 Jan 8;18(1):wrae052）
抗生素干預(yù)候選類群顫藻菌（Candidatus Tremblaya phenacola，T. phenacola PSOL）后螺旋粉蚧（棉粉蚧）的繁殖表型測(cè)定；（A）四環(huán)素與慶大霉素抗生素干預(yù)模型的構(gòu)建；（B）不同組螺旋粉蚧從性成熟至產(chǎn)卵開始的時(shí)長(zhǎng)（產(chǎn)卵前期）；（C）不同組螺旋粉蚧的總產(chǎn)卵時(shí)長(zhǎng)；（D）不同組的后代數(shù)量；（E）不同組后代的雄性比例。
（Bai J,et al.ISME J. 2024 Jan 8;18(1):wrae052）
（C）—（E）表示用 0.75 mg/mL慶大霉素和 0.25 mg/mL四環(huán)素干預(yù)候選類群顫藻菌（Candidatus Tremblaya phenacola，T. phenacola PSOL）后，雷帕霉素靶蛋白（mTOR）信號(hào)通路中關(guān)鍵基因的相對(duì)表達(dá)量。
2. IP5100 硫酸多粘菌素B
本文報(bào)道了一種可靶向炎癥部位、并在革蘭氏陰性菌區(qū)域特異性強(qiáng)制釋放 PMB 的納米顆粒。該顆粒通過透明質(zhì)酸（hyaluronic acid，HA）與 PMB 分子的靜電自組裝構(gòu)建而成，旨在實(shí)現(xiàn)肺炎的安全有效治療。全身給藥后，PMB-HA 納米顆粒可主動(dòng)在肺部聚集，精準(zhǔn)靶向炎癥部位活化內(nèi)皮細(xì)胞膜上高表達(dá)的 CD44 受體，進(jìn)而與受損肺泡 - 毛細(xì)血管膜處的細(xì)菌接觸。
由于 PMB 與細(xì)菌外膜脂多糖（lipopolysaccharide，LPS）之間存在靜電和疏水相互作用，PMB-HA 納米顆粒中的 PMB 分子可通過與 LPS 競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合，從納米顆粒中釋放并插入細(xì)菌內(nèi)部。此外，通過屏蔽 PMB 的陽(yáng)離子特性，PMB-HA 納米顆粒相較于游離 PMB 展現(xiàn)出優(yōu)異的生物安全性。因此，該智能遞送系統(tǒng)有望為 PMB 在未來細(xì)菌性炎癥疾病臨床治療中的 “復(fù)興" 開辟新路徑。
（Zhang P,et al.Nanoscale. 2022 Oct 27;14(41):15291-15304. doi: 10.1039/d2nr02026b.）
3. IT2870 四環(huán)素堿
（Wang B,et al.Mol Cell. 2021 Mar 4;81(5):1100-1115.e5. doi: 10.1016/j.molcel.2020.12.033.）
（E）和（G）為大腸桿菌細(xì)胞中LshCas13a（E 圖）和 LbuCas13a（G 圖）對(duì) EYFP mRNA 的敲低效率定量結(jié)果。EYFP mRNA 含一段 28 個(gè)核苷酸的間隔序列互補(bǔ)片段，其后連接一段 8 個(gè)核苷酸的片段（含或不含抗標(biāo)簽序列）。EYFP mRNA 的轉(zhuǎn)錄通過四環(huán)素誘導(dǎo)啟動(dòng)。
引用文獻(xiàn)
[1]. Bai J, Zuo Z, DuanMu H, Li M, Tong H, Mei Y, Xiao Y, He K, Jiang M, Wang S, Li F. Endosymbiont Tremblaya phenacola influences the reproduction of cotton mealybugs by regulating the mechanistic target of rapamycin pathway. ISME J. 2024 Jan 8;18(1):wrae052. doi: 10.1093/ismejo/wrae052. PMID: 38519099; PMCID: PMC11014885.
[2]. Zhang P, Ouyang Q, Zhai T, Sun J, Wu J, Qin F, Zhang N, Yue S, Yang X, Zhang H, Hou Y, Deng L, Wang F, Zhan Q, Yu Q, Qin M, Gan Z. An inflammation-targeted nanoparticle with bacteria forced release of polymyxin B for pneumonia therapy. Nanoscale. 2022 Oct 27;14(41):15291-15304. doi: 10.1039/d2nr02026b. PMID: 36039653.
[3]. Wang B, Zhang T, Yin J, Yu Y, Xu W, Ding J, Patel DJ, Yang H. Structural basis for self-cleavage prevention by tag:anti-tag pairing complementarity in type VI Cas13 CRISPR systems. Mol Cell. 2021 Mar 4;81(5):1100-1115.e5. doi: 10.1016/j.molcel.2020.12.033. Epub 2021 Jan 19. PMID: 33472057; PMCID: PMC8274241.
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