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针对金属-β-内酰胺酶 (VIM 和 IMP) 变体的新型肽疫苗的计算机设计和免疫信息学分析
1 伊朗克尔曼沙赫医科大学医学院微生物学系，2 伊朗克尔曼沙赫医科大学医学院学生研究委员会，3 伊朗克尔曼沙赫医科大学卫生技术研究所医学技术研究中心，4 伊朗德黑兰医科大学医学院微生物学系，5 伊朗德黑兰医科大学微生物生物技术研究中心，6 伊朗克尔曼沙赫医科大学卫生技术研究所纳米药物输送研究中心，7 伊朗克尔曼沙赫医科大学卫生技术研究所生育与不孕症研究中心
遗传决定因素是大肠杆菌中β-内酰胺/β-内酰胺酶抑制剂耐药性的进行性表型的遗传决定因素
此预印本的版权持有人（本版本发布于2023年5月25日。; https：//doi.org/10.1101/2023.05.24.542208 doi：Biorxiv Preprint
硼酸过渡态抑制剂是KPC和CTX-Mβ-内酰胺酶的有效灭活剂：生化和结构分析
新型B-丙氨酸酶抑制剂（BLIS）的抽象设计是应对革兰氏阴性细菌中头孢菌素和碳青霉烯耐药性威胁的当前接受的策略之一。硼酸过渡状态抑制剂（BATSIS）是竞争性的，可逆的BLI，可以作为新型治疗剂提供希望。在这项研究中，两种A-氨基二氧二氧二苯甲酰烷酸转变状态抑制剂（S02030和MB_076）的活性针对代表KPC（KPC-2）和CTX-M（CTX-M-96，CTX-M-15--15-type-type-Spectrum B-bb-bb-bb-bb-casse）[ES）[ES）在纳摩尔范围内测量了两种抑制剂的50％抑制浓度（IC 50 s）（2至135 nm）。对于S02030，CTX-M-96（24,000 M 2 1 S 2 1）的K 2 / K是KPC-2的报告值的两倍（12,000 M 2 1 S 2 1）；对于MB_076，K 2 / K值范围从1,200 m 2 1 S 2 1（KPC-2）到3,900 m 2 1 S 2 1（CTX-M-96）。具有MB_076（1.38-Å分辨率）和S02030的KPC-2的晶体结构，以及CTX-M-96的硅模型中，这两个蝙蝠表明，CTX-M-96 - 96 - S02030和CTX-M-96和CTX-M-96 - CTX-M-96 - CTX-M-96 - MB_076复合物的相互作用总体上是2级的结构。 KPC-2 - MB_076。S02030和MB_076围绕硼原子的四面体相互作用，与S70，S130，N132，N170和S237创建了一个有利的氢键网络。但是，从KPC-2中的W105到CTX-M-96中的Y105和CTX-M-96中缺失的残基R220改变了抑制剂在CTX-M-96的活性位点的排列，部分解释了动力学参数的差异。在这里研究的新型BATSI脚手架提高了我们对结构活性关系（SARS）的理解，并说明了B-乳糖果酶抑制剂设计的新方法的重要性。
肺炎克雷伯菌中的副菌CoL杂音与铁载体受体CIRA和B-内酰胺酶活性的突变有关
ce-ferocol是一种新型的铁载体偶联的头孢菌素，具有抗碳青霉烯的病原体的有效活性。铁载体分子具有用于细胞进入的活性铁吸收系统的外膜渗透。ce-fienocer保留用于治疗由多药耐药的革兰氏阴性杆菌引起的患者的感染，并且治疗方案有限。然而，在监视研究中的clinal分离株中已经报道了Ce Fifocol-Non敏感的分离株。可怀疑性的降低可能与β-内乳酶以及其他因素有关[1]。与鲍曼尼杆菌[2]，铜绿假单胞菌和大肠杆菌[3]中的抗CE拟合抗性有关[3]。抗菌异质抗性描述了一种现象，其中遗传均匀细菌的亚群表现出对特定抗生素的一系列敏感性。异质具有相当大的临床相关性，因为抗生素治疗可能会选择更具耐药性的人群。杂质是一个重要因素，导致无法解释的抗体治疗衰竭。在碳苯甲烯类革兰氏阴性病原体中据报道了广泛的CE Finocol异质抗性[4]。但是，缺乏研究CE -Fifocol异质抗性的机制的彻底研究。我们使用磁盘扩散法对CDC＆FDA抗生素耐药性分离株中的革兰氏阴性碳青霉烯酶检测面板中的80个分离株测试了CE-Finocol（30μg; Hardy Diag-nostics）的敏感性。ce Fienocy对面板中的大多数耐碳青霉菌株表现出有效的效率。我们识别了几个cen finocol-non敏感的肺炎分离株（补充表S1）。此外，在Ce -Finocol磁盘扩散测定法中，散射的菌落出现在K.肺炎的抑制区域中（图1 a），这表明对ce fiforcocer的异质抗衡。这项研究基于CE-Finocol-firocy象征性菌株K。K。肺炎0097属于使用MLST 2.0（https://cge.food.dtu.dtu.dk/services/mlst/）确定的多焦点序列确定的SE型ST3603。使用抗性基因识别（RGI）（https：//card.mcmaster。CA/Analyze/RGI）。抗性基因包括BLA TEM-1，BLA OXA-9，BLA KPC-3，BLA SHV-11，SUL1，SUL1，SUL2，DFRA12，DFRA12，DFRA14，AAC（6'）-IB，AADA1，AADA2，AADA2，AADA2，AADA2，AADA2，APH（6）-ID，APH（6）-ID，APH（3'''''-ib，Fosa，Fosa6和几个ant and and and and ant nattibibibibibibibibibiceciocic E.我们使用人口分析（PAP）测定法来确认K.肺炎A 0097中的基因构成异源。PAP分析确定了琼脂抗性菌落数量的比例
螺旋 10 区域作为 A 类 β-内酰胺酶抑制剂结合变构位点的构象动力学
摘要：β-内酰胺酶抑制蛋白（BLIP）能有效灭活A类β-内酰胺酶，但效力程度差异很大。了解BLIP在A类β-内酰胺酶抑制中的不同作用可以为抑制剂设计提供参考。然而，基于X射线晶体学获得的静态结构，这个问题很难得到解决。在本研究中，离子迁移质谱、氢氘交换质谱和分子动力学模拟揭示了三种A类β-内酰胺酶的构象动力学，BLIP对它们的抑制效率不同。与TEM1和SHV1相比，PC1的构象更长。几个重要的环区域的局部动力学不同，即突出环、H10环、Ω环和SDN环。与BLIP结合后，这些环协同重排以增强结合界面并使催化位点失活。具体来说，在 SHV1 和 PC1 的突出环中发现构象动力学的不利变化，从而导致结合效果降低。有趣的是，BLIP 上的单个突变可以补偿该区域的不利变化，从而表现出对 SHV1 和 PC1 的增强的抑制作用。此外，还揭示了 H10 区域是一个重要的变构位点，可以调节 A 类 β-内酰胺酶的抑制作用。这表明刚性的突出环和灵活的 H10 区域可能是有效抑制 TEM1 的决定因素。我们的研究结果为 β-内酰胺酶的构象动力学及其与 BLIP 的结合提供了独特而明确的见解。这项工作可以扩展到其他感兴趣的 β-内酰胺酶并启发新型抑制剂的设计。
电子补充信息β-内酰胺酶...
7-氨基-3-氯甲基-3-头孢烯-4-羧酸对甲氧基苄酯盐酸盐 (ACLE) 购自 AK Scientific (加利福尼亚州联合城)。4-硝基苯硫酚 (NBT) 和 3-马来酰亚胺基丙酸购自 TCI Chemicals (日本东京)。头孢噻吩购自 P212121, LLC (马萨诸塞州波士顿)。氘代二甲基亚砜 (DMSO-d 6 ) 购自 Cambridge Isotope Laboratories (马萨诸塞州安多弗)。三乙胺 (TEA)、4-甲基吗啉 (NMM)、无水二氯甲烷 (DCM)、无水二甲基甲酰胺 (DMF)、己烷、乙醚、乙酸乙酯、薄层色谱法 (TLC) 硅胶 60 玻璃板、无水磷酸氢二钠、无水磷酸二氢钠、CENTA、二甲基亚砜 (DMSO)、三氟乙酸 (TFA)、苯甲醚、硫醇官能化的 4 臂聚乙二醇 (4 臂-PEG-SH; 20 kDa)、来自蜡样芽孢杆菌的 β L (β L-BC; cat.# P0389, 28 kDa, 2817.8 U/mg 蛋白, 4.72% 蛋白)、来自铜绿假单胞菌的 β L (β L-PA; cat.# L6170, 30 kDa, 1080 U/mg 蛋白，1% 蛋白）、来自阴沟肠杆菌的 β L（β L-EC；目录号 P4524，20-26 kDa，0.37 U/mg 蛋白，56.45% 蛋白）、来自溶组织梭菌的胶原酶、磷酸盐缓冲盐水 (PBS)、硝酸钠、阳离子调整的 M¨uller-Hinton 肉汤 (CMHB)、α-氰基-4-羟基肉桂酸、1-[双 (二甲氨基) 亚甲基]-1H-1,2,3-三唑并[4,5-b]吡啶 3-氧化物六氟磷酸盐 (HATU)、N,N-二异丙基乙胺 (DIPEA) 和盐酸 (HCl) 均购自 Millipore Sigma（密苏里州圣路易斯）。甲醇、硅胶、胰蛋白酶大豆肉汤 (TSB) 和 SYLGARD 184 硅胶弹性体试剂盒购自 Thermo Fisher Scientific (马萨诸塞州沃尔瑟姆)。甲氧基聚乙二醇硫醇 (mPEG-硫醇；1.7 kDa) 购自 Laysan Bio, Inc. (阿拉巴马州阿拉伯)。金黄色葡萄球菌菌株 25923 和 29213、耐甲氧西林金黄色葡萄球菌 (MRSA) MW2、蜡样芽孢杆菌 13061、大肠杆菌 25922 和阴沟肠杆菌 13047 购自 ATCC (弗吉尼亚州马纳萨斯)。铜绿假单胞菌 PA01 由沃尔特里德陆军研究所 (马里兰州银泉) 慷慨捐赠。大肠杆菌 DH5-α 购自 Life Technologies (加利福尼亚州卡尔斯巴德)。双马来酰亚胺-PEG 3（mal-PEG-mal，494.5 Da）购自 BroadPharm（加利福尼亚州圣地亚哥）。Repligen Biotech 纤维素酯 500-1000 Da 分子量截留 (MWCO) 透析管购自 Spectrum Labs Inc.（加利福尼亚州兰乔多明格斯）。超高纯度氮气（99.999%）购自 Airgas（罗德岛州沃里克）。所有实验均采用超纯去离子水（18.2 MΩ·cm，Millipore Sigma，马萨诸塞州比勒里卡）。本研究中提到的室温 (RT) 约为 23 ◦ C。
预测 β-内酰胺酶活力：折叠和结合自由能与 β-内酰胺酶适应性之间的关系
分子进化的长期追求之一是能够直接从生物体的基因型预测其适应性。有了这种预测能力，研究人员将能够更准确地预测生物体将如何进化以及如何设计具有新功能的蛋白质，从而带来医学和生物技术的革命性进步。在这项工作中，我们汇集了已报道的最大一组实验性 TEM-1 β-内酰胺酶折叠自由能，并将这些数据与之前获得的适应性数据和计算自由能预测结合起来，以确定 β-内酰胺酶的适应性有多少可以通过热力学折叠和结合自由能直接预测。我们专注于 β-内酰胺酶，因为它作为模型酶已有悠久历史，并且在抗生素耐药性中发挥着核心作用。基于一组 21 个专门设计用于影响蛋白质折叠的 β-内酰胺酶单突变体和双突变体，我们首先证明，用于计算折叠自由能的建模软件（例如 FoldX 和 PyRosetta）可以有意义地（尽管不是完美地）预测单突变体的实验折叠自由能。有趣的是，虽然这些技术也能产生合理的双突变体自由能，但我们表明它们这样做是出于错误的物理原因。然后，我们继续评估实验和计算折叠自由能对单突变体适应性的解释程度。我们发现，根据线性模型，折叠自由能最多可解释 β-内酰胺酶适应性值方差的 24%，而且，有点令人惊讶的是，用计算预测的活性位点附近残基的结合自由能补充折叠自由能只会使折叠数字增加几个百分点。这强烈表明，β-内酰胺酶的适应性大部分由自由能以外的因素控制。总体而言，我们的研究结果揭示了
氨苄西林* 类别：β-内酰胺概述
氨苄西林* 类别：β-内酰胺 概述 氨苄西林，俗称广谱青霉素，是一种氨基青霉素，是一类半合成的 β-内酰胺，专门用于对抗革兰氏阴性菌和革兰氏阳性菌。氨基青霉素是通过将青霉素与氨基或侧链连接而生成的。添加侧链会显著改变药物对某些细菌的活性。最初，这些抗菌药物对奇异变形杆菌、大肠杆菌、志贺氏菌、沙门氏菌、嗜血杆菌和奈瑟菌有效。然而由于易感性的变化，氨苄西林不再是治疗这些菌感染（如大肠杆菌尿路感染）的首选药物，除非培养和药敏结果表明易感。氨苄西林的作用机制是通过附着于青霉素结合蛋白 (PBP) 来干扰细胞壁合成，抑制细胞壁肽聚糖合成和使自溶酶抑制剂失活。耐药性 氨苄西林通常也被 β-内酰胺酶灭活（有关获得对 β-内酰胺的耐药性的信息，请参阅青霉素部分。）。近年来，屎肠球菌和肺炎链球菌开始通过突变表现出低亲和力 PBP，这是对氨基青霉素的耐药机制。有效性 氨苄西林和阿莫西林具有相同的活性谱，尽管阿莫西林的特点是生物利用度更高。对氨苄西林和阿莫西林普遍敏感的菌属包括葡萄球菌、链球菌、棒状杆菌、梭状芽孢杆菌、大肠杆菌、克雷伯氏菌、志贺氏菌、沙门氏菌、变形杆菌和巴氏杆菌，尽管其中许多细菌已获得耐药性。氨苄西林通常用于治疗革兰氏阴性肠道细菌引起的泌尿道感染。该药物还用于治疗呼吸道感染。此外，氨苄西林对 B 组链球菌均有效，但对肠杆菌、流感嗜血杆菌、假单胞菌和吲哚阳性变形杆菌感染无效。有关体液和脑脊液吸收的解释，请参阅青霉素部分。 *可根据要求提供参考资料。致电路易斯安那州卫生与医院部公共卫生办公室传染病流行病学科 (504-219-4563)
青霉素* 类别：β-内酰胺概述
青霉素* 类别：β-内酰胺 概述 青霉素是典型的β-内酰胺，至今仍是一种重要的抗菌药物。兽医学中使用的窄谱青霉素包括天然存在的青霉素、青霉素 G (苄基青霉素) 和口服的生物合成稳定青霉素，如青霉素 V (苯氧甲基青霉素) 和苯乙青霉素。青霉素对大多数敏感细菌有杀菌作用。这些窄谱 β - 内酰胺酶敏感青霉素主要对抗革兰氏阳性菌。 耐药性 在 20 世纪 40 年代初青霉素广泛使用后不久，产生青霉素酶的金黄色葡萄球菌开始出现。青霉素酶通过酶抑制破坏β - 内酰胺环，使菌体产生耐药性。耐药性的垂直进化是指通过突变和选择获得耐药性。通过这一过程，肺炎球菌能够改变青霉素结合的靶蛋白。先前对青霉素敏感的生物体也可以通过转导获得耐药性。耐药金黄色葡萄球菌可以通过将包裹在噬菌体、细菌宿主病毒中的质粒 DNA 转移给敏感金黄色葡萄球菌，从而将 β-内酰胺酶产生能力转移给敏感金黄色葡萄球菌。生物体还可以通过转化、从死细菌中吸收暴露的 DNA 并导致基因型改变（DNA 重组）获得耐药性。这可能是肺炎链球菌传播青霉素耐药性的主要手段。结合是获得青霉素耐药性的另一种方式。结合涉及同属或不同属的细菌之间质粒或其他染色体外 DNA 的单向转移。这种转移通过生育因素介导发生，并通过性菌毛从供体延伸到受体进行。这种机制通常是多药耐药性转移的原因。这种现象发生在一系列携带抗多种抗菌药物的耐药性转移因子的紧密相关基因发生交换时。这些质粒通过转移含有形成 β -内酰胺酶所需信息的基因来携带对青霉素的耐药性。