液晶狀態的細菌外膜對抗生素敏感性至關重要

    1929年，亞歷山大·弗萊明首次發表了關於抗生素的《論青黴菌培養物的抗菌作用》的文章，因此這一年被稱為「抗生素元年」。1944年，青黴素首次在美國生產出來，隨後立即被投入到二戰中治療因傷感染的戰士，拯救了難以數計的生命。因此人們把青黴素同原子彈、雷達並列為第二次世界大戰中的三大發明。由此人們認識到抗生素在臨床治療中的重要作用。
    隨後，金黴素(1947年)、氯黴素(1948年)、土黴素(1950年)、制黴菌素(1950年)、紅黴素(1952年)、卡那黴素(1958年)等一系列抗生素被發現並用於臨床醫療。2011年10月18日，中國衛生部表示，在中國，患者抗生素的使用率達到70%，是歐美國家的兩倍，但真正需要使用的不到20%。抗生素的濫用導致機體耐藥性的增加，因此，解決機體耐藥性成為現階段研究的重點。

圖1多粘菌素B（PmB）與這些體外半滲透膜模型的相互作用

    不同於革蘭氏陽性細菌的厚肽聚糖細胞壁，革蘭氏陰性細菌擁有一個半滲透膜，由脂多糖和磷脂分子組成，並且具有選擇性屏障功能。為了殺死革蘭氏陰性菌，大多數抗菌藥物（例如β-內醯胺類）主要通過用來攝取水溶性營養素的蛋白質孔道進入細胞內（圖1A），從而發揮作用。半滲透膜上的蛋白質孔道的突變是機體抗藥性產生的重要原因。因此，研究半滲透膜的滲透性與抗生素的相互關係是開發有效抗微生物劑的前提條件。
    近日，來自英國Cell and Molecular Biosciences研究所的科學家們通過在體外模擬出與生物膜相同的由脂多糖和磷脂分子組成的半滲透膜，並在此基礎上探討了多粘菌素B（PmB）與這些體外半滲透膜模型的相互作用（圖1B和C）。該研究成果近期已經發表在Proceedings of the National Academy of Sciences上。

    文章的研究者依次將磷脂單層和脂多糖單層從空氣-水界面轉移到固體基質上，製造出體外不對稱磷脂-脂多糖半透膜模型，通過其他方法進行改良後，使得膜結構模型與前期研究的的固體基質上的不對稱磷脂-脂多糖雙分子層的值保持一致，從而保證該實驗的科學性。
    體內研究表明PmB的使用會導致半滲透膜的損壞，表現在皰狀突起和脂多糖丟失導致半滲透膜的破裂。因此提出PmB可以與脂多糖複合形成通道，從而促進大分子物質穿過半滲透膜。基本機制歸因於PmB替換了橋接相鄰脂多糖分子負電荷所必需的二價陽離子的置換。研究者通過傅立葉變換衰減全反射紅外光譜法監測了PmB使用後的半滲透膜的數據變化，並且證實了Pmb取代二價陽離子的觀點。PmB通過取代作用嵌入生物膜內，增加了生物膜的通透性，促進了細胞對外部物質的攝取。
    生物膜中的脂多糖在調節半滲透膜分子篩抵制抗生素對細胞內部的滲透中起重要作用。在未來，脂多糖和外膜蛋白之間的相互關係也需要被進一步研究，特別是半滲透膜中蛋白質發生的動態變化。總之，該結果證明了革蘭氏陰性細菌的半滲透膜在其適應的生長溫度下呈現出緊密堆積的液晶相。不同體外模型的比較表明，在半滲透膜與抗生素相互作用的研究中，脂多糖扮演了一個十分重要的角色。
    原文：http://www.pnas.org