Pseudomonas aeruginosa(Beijing Wante'Er Biological Pharmaceutical Co Ltd)

引言 在我们与病原体持续数百万年的军备竞赛中，我们可能始终握着一张从未察觉的王牌。3月5日《Nature》杂志的研究报道“Cell-autonomous innate immunity by proteasome-derived defence peptides”，揭示：人体细胞内默默运转的"蛋白质碎纸机"——蛋白酶体（proteasome），竟是一个隐藏的抗生素制造工厂！这项突破性发现，不仅改写了免疫学教科书，更可能为全球抗生素耐药危机带来终极解决方案。 传统认知中，蛋白酶体仅仅是分解废旧蛋白质的"回收站"，其产物主要用于抗原呈递。但研究人员通过人工智能分析3400万个人类蛋白质碎片，发现其中270,872个片段具有抗菌潜力——这相当于每个细胞都携带了一本"抗生素配方大全"。更惊人的是，当细菌入侵时，这些细胞器会立即启动"战时模式"：通过重组结构产生强效杀菌肽段，其杀伤效率堪比临床抗生素。动物实验显示，合成肽段能让致命感染的存活率提升3.6倍，且细菌极难对其产生耐药性。 这项发现解开了困扰学界30年的谜题：为何免疫缺陷患者仍能抵抗部分感染？答案就藏在每天被我们分解的200克蛋白质中——其中2.4克悄然转化为天然抗生素。当全球因耐药菌每年死亡70万人之际，这项研究不仅揭示了生命最精妙的防御智慧，更为开发永不失效的物理抗菌剂指明方向。你体内流淌的，或许正是破解后抗生素时代的终极密码。 碎纸机变身武器库：蛋白酶体的双重身份大揭秘 在细胞深处，直径仅11纳米的蛋白酶体（proteasome）如同精密运转的碎纸机，每天分解着数以万计的蛋白质。过去三十年，科学界一直认为它的核心使命就是为MHC-I类分子递送抗原片段，启动T细胞免疫应答。但这项研究彻底颠覆了传统认知——这些被"粉碎"的蛋白质碎片中，竟隐藏着对抗细菌的致命武器。 研究团队通过计算机模拟人类蛋白质组的蛋白酶体切割位点，发现了一个惊人的数字：人类基因组中92%的基因都能产生具有阳离子特性的防御肽（proteasome-derived defence peptides, PDDPs）。这些平均长度15-30个氨基酸的分子碎片，就像自然界最精妙的分子剪刀，能精准破坏细菌细胞膜。 更令人震撼的是，每个蛋白酶体每分钟可产生数百万个肽段。在正常生理状态下，约1.2%的降解产物（即34亿个潜在肽段中的412万个）具有抗菌活性。这相当于每个细胞都装备着微型抗生素生产线，持续制造广谱抗菌武器。 从实验室到活体实验：合成肽的杀菌威力 为了验证理论预测，研究人员从5万多个蛋白酶体降解肽段中筛选出10个高评分候选分子。其中PPP1CB蛋白来源的肽段（序列：GRKRKQLVKRAKAKTRNE）展现出惊人效果： 在体外实验中： 对铜绿假单胞菌（Pseudomonas aeruginosa）的最低杀菌浓度（MBC）仅8μg/ml 与临床常用抗生素托布霉素（tobramycin）联用时，杀菌效果提升3.2倍 30分钟内可使90%的耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（MRSA）膜破裂 动物实验结果更令人振奋： 肺炎模型小鼠静脉注射5mg/kg剂量，肺组织细菌载量降低4个数量级（P<0.0001） 败血症模型中，治疗组存活率从20%提升至73%（P<0.0001） 病理切片显示，肽段治疗显著减少多器官炎症浸润（损伤评分下降67%） 这些合成肽不仅对革兰氏阳性/阴性菌有效，更关键的是其作用机制——通过阳离子与细菌膜磷脂结合形成孔洞，这种物理破坏方式使细菌难以产生耐药性。透射电镜图像清晰显示，处理后的细菌呈现特征性膜破裂和胞质外溢。 细胞的自卫反击战：感染如何激活隐藏武器 当沙门氏菌（Salmonella enterica）入侵细胞时，一场精妙的分子改造随即展开。研究人员通过质谱分析发现： 感染1小时后，蛋白酶体β2亚基的胰蛋白酶样（tryptic-like）活性提升74% 带正电荷的C端肽段（赖氨酸/精氨酸）比例从17%激增至35% 同时，调控亚基PSME3的结合量增加3.8倍（P=0.0012） 这种"战时改造"使抗菌肽产量翻倍。通过基因敲除实验证实，PSME3缺失细胞对细菌感染的抵抗力下降81%（P=0.0006）。这种快速响应机制独立于NF-κB通路，形成了先于适应性免疫的"细胞自主防御系统"。 人体内的"变形金刚"：蛋白酶体的智能切换 正常状态下，蛋白酶体主要产生疏水性肽段用于抗原呈递。但在病原体入侵时，它会像变形金刚般重组结构： PSME3调控帽结合，打开20S核心颗粒的α环 β2催化口袋构象改变，增强对碱性残基的切割偏好 生成肽段的平均净电荷从+1.3升至+3.8 这种智能切换在进化上极为保守。研究发现，即使在没有适应性免疫系统的无脊椎动物中，蛋白酶体同样具备抗菌肽生成功能。这提示我们可能发现了一个比抗体更古老的防御体系。 从垃圾到黄金：蛋白质回收的医学革命 传统观点认为，蛋白质降解是单纯的废物处理。但这项研究揭示了一个精妙的资源循环： 核糖体合成功能蛋白 完成使命后被泛素化标记 蛋白酶体切割产生功能肽段 抗菌肽通过未知通道分泌至胞外 以组蛋白H3为例，其降解产生的histatin3肽段（序列：DSHAKRHHGYKR）在唾液中浓度达0.5-1.2mg/ml，这正是口腔第一道防线的物质基础。类似的，凝血酶抑制剂serpinA1的降解产物被发现具有抗真菌活性。 这种"变废为宝"的机制，使人体每天可回收利用约200克蛋白质，其中约2.4克转化为抗菌肽——相当于每天自主生产数亿剂"天然抗生素"。 破解耐药困局：新一代抗生素的曙光 面对全球每年70万人死于耐药菌的严峻形势，PDDPs展现出独特优势： 广谱性：单个肽段可同时对抗8种ESKAPE病原体 低毒性：治疗浓度下对哺乳细胞膜完整性无影响（PI染色阴性） 抗耐药：物理破膜机制使耐药突变率降低1000倍 协同性：5种肽段联用可使杀菌效果提升8.3倍 研究团队正在建立PDDPs数据库，包含27万种潜在抗菌序列。通过人工智能预测，89%的已知耐药菌存在PDDPs敏感靶点。首款基于PPP1CB肽段的吸入剂未来也将进入临床前试验，主要针对囊性纤维化患者的铜绿假单胞菌感染。 未来已来：改写医学史的生物暗物质 这项发现带来的启示远超预期： 重新定义先天免疫：蛋白酶体从"抗原加工厂"升级为"防御指挥中心" 革新感染治疗：开发不诱导耐药性的物理抗菌剂 破解自身免疫之谜：异常肽段生成可能导致免疫系统误攻 改写进化认知：抗菌防御可能早于抗原呈递出现 该研究发现的不是新分子，而是细胞运转了数十亿年的隐藏程序。这就像在自家后院发现了新大陆，而打开宝库的钥匙一直握在每个人手中。 当抗生素时代面临终结，这项发现为我们点亮了新的希望。或许在不远的将来，激活自身蛋白酶体将成为预防感染的标准疗法，而基于PDDPs的"智能抗生素"将重塑现代医学的版图。这场悄然的生物学革命，正在改写人类对抗病原体的游戏规则。 参考文献 Goldberg, K., Lobov, A., Antonello, P. et al. Cell-autonomous innate immunity by proteasome-derived defence peptides. Nature (2025). https://doi.org/10.1038/s41586-025-08615-w 责编|探索君 排版|探索君 转载请注明来源于【生物探索】 声明：本文仅用于分享，不代表平台立场，如涉及版权等问题，请尽快联系我们，我们第一时间更正，谢谢！ End 往期精选 围观 Nature Biotechnology | 活细胞RNA追踪革命：CRISPR新技术首次实现天然RNA单分子实时成像 热文 Nature | "分子剪刀"失控催生癌症"通用抗原" 热文 Nature | 当"保安"变成"内鬼"：GABA能神经元如何滋养致命脑瘤 热文 Nature Biotechnology | 借菌造药：噬菌体巧用大肠杆菌打造活体药物车间 热文 Nature | 当癌细胞开始“抱团取暖”：破解肿瘤生存的致命同盟

撰稿 | 石决明 来自 | 蒲公英Ouryao 《中国药典》中要求在培养基适用性检查和方法适用性试验的使用标准菌种的新鲜培养物，并详细固定了不同菌种培养的培养基和时间。菌种的新鲜培养物在稀释计数的时候存在不小失败的可能，这时候，定量菌种就应运而生了。   其实，严格来说，菌种就不可能定量。如果不信，请听听定量菌种的自白。    01   定量菌种的  自白书   我是定量菌种，来自于国内外的商业机构。我的祖先来自于菌种保藏机构的标准菌种，通过商业机构的传代、大体积培养获得新鲜培养物加上不同的保护剂配方后冷冻干燥（先在超低温环境中快速冻结，再按一定程序，在真空度极高的环境中缓慢升温，升华水分，最后充入不活泼气体）而成不同浓度的产品。   在国外媒体上有一些公开的保护剂配方成分，大家可以参考一下。   通过这个配方，大家可以看出我其实具备了两种主要功能：保藏和即用。配方中定量的标准菌种细胞是通过流式细胞仪定量的。配方中的一些保护剂成分必须保证我在冷冻干燥及后续的保藏过程中抵抗外界的压力，达到标识的保藏时间。另一方面，保藏之初的菌种活性也必须保证。使用时加上复融液就要可以使用，而不需要再复壮。   我一般保存在2-8℃就可以了。相比较温度条件，冷冻干燥要求两个更重要的条件：真空、干燥（含水量2-3%为佳）。   不同商业机构的产品技术就体现在保护剂配方的优化和冷冻干燥的技术指标。面对一味地强调超低温保藏的供应商，你应该马上问问这些方面做的怎么样。   最后，我的产品规格有很多不同浓度，但是都是以X-XXCFU/Xml的形式标识。保藏之初是细胞定量，最后计数是通过固体培养基平板计数，过程中存在不少影响因素，最后只能得到一个浓度范围的产品。（关于计数的影响因素可以去看系列中的上一篇文章）  02 认识， 因研究而深入 定性向定量的转化，普通仪器即可 从2020年开始，国内的药检机构展开了对定量菌种的研究工作。我们可以结合上文中的定量菌种自白，仔细聊聊以下的研究结果和结论。   文章通过将2种品牌的定量菌种和新鲜菌液涂布在三种存在营养差异的TSA平板上来考察不同菌液的活性。结论是即用型w菌液因为在其中两种培养基上数量存在明显差异，被认为活性低于新鲜菌液；即用型a菌液差异不明显，活性与新鲜菌液一致。   新鲜菌液经过冷冻干燥过程，必然对细菌存在一定程度的损伤。文章中指出“即用型菌株的活性较低，可能会导致培养基适用性和方法适用性试验时的回收率不能达到要求，在抑菌效力试验中有可能会高估药品的抑菌作用。”文章中选择了对冷冻干燥最为敏感的铜绿假单胞菌来说明情况。   根据文章结果发现，不同厂家的定量菌种制备技术（菌龄控制、冻干步骤、配方成分等）对这种损伤的控制程度存在差异，表现的结果与新鲜菌液比较会有不同。文章中建议：“如果选择使用即用型菌株，应进行充分的试验研究，以证明其在培养基上的生长能力能够与新鲜菌液保持一致。”   结果：与工作菌株新鲜培养物比较，商业定量菌株中的枯草芽孢杆菌、铜绿假单胞菌、白色念珠菌和黑曲霉，这4种菌株中部分回收比值偏低，甚者不能达到0.5，而金黄色葡萄球菌则无明显区别。结论：商业定量菌株用于含抑菌成分的药品微生物计数法方法的建立时，应对其进行质量考察和风险评估。 文章中将铜绿假单胞菌冻干型菌悬液和新鲜型菌悬液分别涂布5种市售胰酪大豆胨琼脂培养基，从菌落数量、菌落平均直径及肉眼可见菌落出现时间进行比较分析。 结果表明，冻干型菌悬液在不同品牌TSA培养基上的生长数量呈现显著性差异，这一点和之前的研究结果没什么不同。而且冻干型菌悬液在TSA培养基上的菌落直径大于新鲜型菌悬液，肉眼可见菌落出现时间也短于新鲜型菌悬液。   研究作者认为，这主要由于冻干型菌种在生产过程中所受冷冻伤害后以正常未损伤菌、损伤菌、死亡菌3种形式存在，活力上不均一。变化的重点是损伤菌的修复，而修复情况随不同TSA培养基而异。而新鲜菌悬液则以未损伤的营养体为主，活力好而且均一。   研究作者认为，冻干菌株作为一种菌种损伤模型，冻干型菌悬液更接近于微生物在待测样品的存活状态，更能灵敏识别培养基营养质量的差异。   综合这些年的研究可以发现，定量菌种其实是一种“方便”产品，优势明显，也确实和新鲜培养物存在差距。最新的认识是“不行”的定量菌种恰恰就是验证中的相对差的情况，更适合验证的使用。   更多观点，欢迎留言！！！ 石决明 石决明公众号创办人，微生物学硕士，副主任药师。 从事微生物相关工作15年以上，做过体外诊断产品研发、成品培养基质量保证、产品仪器环境验证管理、药品微生物相关检验和洁净环境检测。 一直在各个网络平台解读微生物基础知识的现代应用和微生物前沿知识的分享，致力于做接地气的微生物知识分享，说点不一样的微生物，对药品微生物检验技术有很多独到的见解和想法。   更多精彩内容也可关注：