隨著細菌耐藥性和新興傳染性疾病成為人類的潛在威脅，核糖體合成抗菌肽已成為抗生素研究中一個前景看好的重點領域。抗菌肽可分為非核糖體合成肽或核糖體合成肽 (RAMPs)。非核糖體合成肽存在於細菌和真菌中。這些抗菌肽是由肽合成酶組合而成，而非核糖體支持的合成。格拉霉素、杆菌肽、多粘菌素 B 和万古霉素都是非核糖体合成抗菌肽的例子。這些抗生素已被證明是有效的研究工具，但與 RAMP 相比，它們在新應用領域的劣勢在於新出現的細菌耐藥性，例如耐萬古黴素的金黃葡萄球菌 和腸球菌。
RAMPs 來自不同的物種，從原核生物到人類。抗菌肽是宿主每天接觸數百萬潛在病原體時的天然防禦。這些縮氨酸也可能具有抗病毒、抗寄生蟲和抗腫瘤的活性。文獻中已描述超過 500 種 RAMP。它們獨特的抗生素範圍是由氨基酸序列和結構構象決定的。RAMPs 是基因編碼的縮氨酸，由 12-50 個氨基酸組成，幾乎沒有基因重疊。RAMPs 之間缺乏序列同源性，顯示出在物種環境中形式與功能的進化優化。RAMPs 通常是陽性肽，至少有一半的氨基酸殘基是疏水的，而較少數的是中性或帶負電的殘基。
RAMP的作用機制包括縮氨酸與細菌細胞表面結合、縮氨酸的構象改變、多個縮氨酸單體的聚集，以及穿過細菌細胞壁形成孔隙。RAMP 會與帶負電荷的革蘭氏陰性細菌細胞外壁的脂多醣或革蘭氏陽性細菌細胞外壁的酸性多醣結合。結合後，雙層膜會因瞬間孔隙的產生而透化。滲透會導致細胞成分滲漏和細胞死亡。儘管精確的機制尚不清楚，但有幾種滲透模式。圖 1. 描述細菌細胞壁受到 RAMP 的擾動。
圖 1.抗菌肽通過地毯模型作用模式對細菌細胞壁進行擾動。
RAMPs 是臨床抗菌藥的理想候選物，因為它們：
1) 對抗生素耐藥的分離物具有活性
2) 不會選擇耐藥突變體，且天然細菌耐藥性有限
3) 與傳統抗生素具有協同作用，特別是針對耐藥突變體
4) 在動物模型中證實能夠殺死細菌
5) 殺菌速度快
6) 提供有益的輔助活性，例如敗血病抑制
雖然 RAMPs 是理想的臨床候選物，但由於其結構變化多端，因此難以預測 RAMP 在體內的活性 ；因此，設計功能性合成模仿品是一項挑戰。肽序列或構象的微小變化可能導致抗菌和細胞毒性水平的重大 體內 差異。對一系列細菌生物的最佳 體外 最低抑制濃度 (MIC) 為 18 μg/mL。然而，要從此 體外 MIC 預測理想的 體內 MIC 極具挑戰性。為了獲得MIC、特異性、穩定性和毒性等資訊，我們利用RAMP相關的生物資訊數據庫（表1）中的資料設計了新的合成抗菌肽。生產成本、蛋白酶敏感性以及廣泛使用可能產生的抗藥性，是 RAMP 應用從研究過渡到臨床環境的額外考量。
細菌素
細菌素是由革蘭氏陽性和革蘭氏陰性細菌分泌的非致病性抗菌肽或蛋白質。細菌生物素可防止同類細菌菌株生長，但可避免損害宿主細菌，其原理是根據轉錄後修飾和/或特異性免疫機制選擇性地殺死宿主細菌。有別於傳統抗生素的廣泛活性範圍，細菌素的活性範圍較窄。此外，細菌素還在信號傳導、毒力和孢子的調節中發揮作用。
Nisin (Cat.Nisin（Cat.No. N5764）被分類為 I 類 A 型桿菌素。它由革蘭氏陽性乳酸發酵細菌製造，並含有數種非典型修飾胺基酸：硫醚雜化的 lanthionine、methyllanthionine、didehydroalanine 和 didehydroaminobutyric acid。I 類 A 型抗生素是拉長的縮氨酸，可展現一系列活性，包括在細菌雙層膜中形成孔隙，而 I 類 B 型抗生素則是較小的球狀負電荷或中性縮氨酸，可抑制特定的酵素。I 類 B 型抗生素包括肉桂霉素（Cat.No. C5241) 和杜拉霉素（Cat.No. D3168 ）。非抗生素類細菌素的一個有趣子類是 IIa 類 pediocin-like 多肽。Pediocin (Cat.No. P0098 ）已被研究用於對抗致病性細菌如 李斯特菌的活性。
雖然細菌素的基因序列並不保守，但細菌素基因通常會被安置在有助於其產生的基因附近，例如轉運器基因。BAGEL 是一個由荷蘭格羅寧根大學分子遺傳學系開發和維護的 b細菌素 g基因組 l定位工具。此軟體可供學術與商業使用，網址為 http://bioinformatics.biol.rug.nl/websoftware/bagel/bagel_start.php 。
許多細菌素正在研究其在食品保鮮中的應用。
許多細菌素正被研究用於食品防腐，此方法可減少對可能致癌的殺蟲劑和降低食品營養特性的熱處理的需求。
細菌素可能成為受到抗藥性菌株影響的傳統抗生素的替代品。Millette，M.等人最近證實，產nisin和pediocin的細菌減少了耐萬古黴素 Enterococci在體內的腸道定植。
昆蟲 RAMPs
ecropin是昆蟲內部分泌的一種RAMP，對革蘭氏陰性細菌具有活性。Cecropin A (Cat.No. C6830 ）是從蠶蛾（Hyalophora cecropia）的血淋巴中提取出來的，但在豬腸中也被發現。抗菌肽通常是昆蟲毒液的成分，例如蜜蜂毒液中的 Melittin（Cat.No. M2272 ）。有人提出，在原始昆蟲物種中，RAMPs 取代了免疫系統過程，例如細胞激素的釋放，這些過程是高等生物殺菌反應的特徵。 果蠅 合成不同的抗菌肽，以應對各種感染生物。Kallio，J.等人報告了RNAi靶向 果蠅 幾個免疫反應基因導致抗菌肽合成的改變，並發現JNK信號通路參與了RAMP的產生。
哺乳動物的 RAMPs
雖然細菌素、昆蟲和哺乳動物的 RAMPs 在殺菌活性上類似，但哺乳動物的 RAMPs 也在宿主物種的免疫反應中扮演調節分子的角色。
防疫蛋白是一組陽离子的哺乳類 RAMPs，常見於皮膚、耳朵、上皮、舌頭、肺部和其他經常暴露於環境病原體的表面。吞噬細胞、上皮細胞、淋巴細胞和角質形成細胞都會產生防御素。 圖2 是使用Prestige抗體® Anti-DEFA5抗體對呼吸道上皮細胞內的防衛素-5進行免疫組織化學染色，該抗體產自兔子（Cat.No. HPA015775).Defensins 在沒有外部刺激的情況下會構成性表達並儲存在顆粒中。然而，前炎性細胞因子、外源細菌或 LPS 處理可能會誘發增加的表達水平。
圖 2.使用 Prestige Antibodies® Anti-DEFA5 (Cat. No. HPA015775) 對人類鼻咽部進行免疫組織化染色，顯示呼吸道上皮細胞的胞質和膜質呈陽性。
參考資料
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