研究揭示了抗菌青蛙分泌物的神秘面纱

包括东京农业技术大学(TUAT)和横滨国立大学研究人员在内的日本科学家已经确定了分子机制，该机制可以为青蛙提供一种有效抗菌特性的皮肤分泌物。

他们的研究结果于2019年2月20日在ACS Applied Bio Materials上发表。该蹼杂色的青蛙，也称为多彩铃蟾，栖息于森林，草原，湿地和水生环境横跨中欧。他们的皮肤分泌物含有抗菌剂 - 称为Bominin H2和H4--在保护物种免受感染方面起着关键作用。

Bombinin H2和H4是抗菌肽(AMPs) - 或宿主防御肽 - 在免疫反应中起重要作用。他们因抑制利什曼病的能力引起了人们的关注 - 利什曼病是一种高度传染性和潜在致命的热带疾病，已影响全球约2000万人，每年报告130万新病例和20,000至30,000人死亡。

H4是H2的异构体 - 它们具有相同的配方，但分子中的原子排列不同--H4在分子链的末端具有天然存在的D-氨基酸。就其抗菌性而言，H4比H2更有效，但直到现在，其原因一直是未解决的生物学谜。

“D-和L-氨基酸是彼此的镜像，自然界中的大多数氨基酸都具有L结构，”TUAT生物技术和生命科学系副教授，该研究的共同作者Ryuji Kawano解释道。“一些蛋白质被修饰成具有D-氨基酸。在青蛙的情况下，具有D-氨基酸的作用尚不完全清楚。”

为了更好地理解驱动Bombinin H2和H4多肽的抗菌活性的分子机制以及H4在这方面比H2更有效的原因，作者在脂质双层膜上进行了电生理学实验，复制了脂质膜周围细胞或微生物然后使用现有的AMP模型分析结果，以确定这些抗微生物肽在破坏微生物细胞膜方面的效率。

研究小组发现H2和H4肽通过在微生物细胞膜上形成孔来抑制微生物活动，导致离子从细胞中渗出，最终杀死它们。这种抗微生物活性的效率受离子渗透性(离子从细胞中泄漏的速度)，孔形成速度和形成的孔的大小的影响。

结果表明，肽转化为具有相同原子组成但具有不同原子排列的另一分子的能力促进了更快的孔形成。虽然H2形成比H4更大的孔，但H4更快地形成孔。同时，H2 / H4的混合物以比H4慢的速率形成中等大小的孔，但D-氨基酸的存在增强了对脂质膜的结合亲和力，从而改善了其破坏能力。

可以把它想象成一个不同大小的陷阱场;较大的陷阱需要更长的挖掘时间，但可以捕获更多的动物而不是较小的坑。另一方面，人们可以在挖掘几个大坑的同时挖掘许多较小的坑。挖掘中等大小的陷阱并添加诱饵或诱饵以吸引动物到达坑中，这将是最有效的方法。

揭示促进这些肽的抗微生物活性的分子机制可以帮助我们更好地了解青蛙的防御系统是如何进化的，以及如何将其用于对抗具有医学重要性的微生物感染。根据Kawano的说法，最终目标是利用这种机制开发出更好的抗菌药物，特别是抗生素抗性细菌的抗菌药物