抗生素濫用導致多重耐藥微生物在全球蔓延，但新型抗生素的研發進展緩慢，亟需找到替代抗生素的新型防御策略。抗菌肽（AMPs）作為天然防御分子，具有低耐藥潛力和廣譜活性。德國小蠊（Blattella germanica）生活方式較為復雜，作為攜帶多種病原體的昆蟲，其腸道微生物組為挖掘新型AMPs提供了獨特資源。

2024年Microbiome一篇文章通過跨學科策略揭示了昆蟲共生微生物中AMPs的醫學潛力，為抗感染藥物開發提供了新方向。

?期刊：Microbiome

?影響因子：15.1

?發表時間：2024

1、研究背景

AMP是一類進化形成的大分子，通過破壞細菌細胞膜實現抗菌作用，但AMPs本身臨床應用較為困難，需要評估其在體內穩定性及潛在的毒性影響。哺乳動物或昆蟲在進化的過程中，腸道微生物群落可能會編碼高度選擇性的AMP來對抗病原微生物，而不會對宿主造成細胞毒性。

2、研究背景

研究設計開發了深度學習工具“AMPIdentifier”，并基于該工具分析了B. germanica的6個生長階段的12個樣本的腸道微生物組數據，從結果中篩選抗菌肽進行體外實驗驗證。

3、主要結果

（1）來自蟑螂腸道微生物群的潛在AMP

研究基于深度人工學習策略開發的AMPidentifier工具，對德國小蠊腸道微生物進行AMP預測，共獲得565,655個潛在肽，其中79種肽被預測為潛在抗菌肽。最終篩選了5種肽用于進一步實驗驗證。

圖1.軟件預測及AMP篩選

（2）潛在抗菌活性AMP的體外驗證

針對上一步獲得的5個AMP進行體外驗證，發現其中AMP1具有廣譜抗菌活性，對枯草桿菌23 857、金黃色葡萄球菌6538和大腸桿菌25404有顯著效果。此外AMP1具有低毒性，在100uM的濃度下，哺乳動物C2C12細胞的平均存活率為87.0±8.4%。

圖2 體外驗證AMP抗菌效果及細胞毒性

（3）AMP1的抗菌機制

研究結合共聚焦顯微鏡觀察AMP1的抗菌機制，發現AMP1可以在1分鐘內迅速滲透到細胞中，并隨著時間的推移在細胞內逐漸積累。結合掃描電鏡發現AMP1可能具有抑制細胞壁合成的細胞內靶點，此外還會導致膜去極化。同時還發現AMP1攜帶兩個Trp殘基，這一基團可能與AMP1穩定性和抗菌效力有關。

圖3 ?AMP1的作用機制

（4）動物實驗驗證

動物模型中，AMP1顯著促進金黃色葡萄球菌感染傷口的愈合，療效媲美萬古霉素。這一點和以往研究相同，AMP在體內能夠利用免疫調節和組織再生功能，抗菌效果比體外更好。

圖4 ?動物模型抗菌效果

3、研究總結

本研究開發并展示了通過軟件從微生物組數據中挖掘新型AMPs的可能性，為抗菌藥物研發帶來了新的方向。但挖掘出的AMP作用機制、穩定性及分子靶點仍需要進一步探討及優化，探索其在更復雜動物模型中的應用。

利用現有的腸道和環境宏基因組數據進行AMP挖掘，可以抗菌藥物研發帶來了新的方向。凌恩生物新推出基于宏基因組的AMP分析，根據 Cell 論文(doi:10.1016/j.cell.2024.05.013)的方法，進行AMPs 的鑒定并分析AMP在宏樣本中的分布、豐度。感興趣的老師快來聯xi吧~

參考文獻

Chen, S., Qi, H., Zhu, X. et al. Screening and identification of antimicrobial peptides from the gut microbiome of cockroach?Blattella germanica. Microbiome 12, 272 (2024). https://doi.org/10.1186/s40168-024-01985-9