抗生素的發現和使用挽救了無數人的生命，被稱為“20世紀偉大的醫學發現”。然而，臨床抗生素的濫用，使多重耐藥菌成為抗感染治療的嚴重挑戰。人體毒性低、抗多重耐藥菌的新型抗生素的研制與開發，一直是臨床上的重要課題。在抗生素的開發和生產中，抗生素結構的確認至關重要。按照化學結構，抗生素可以分為大環內酯類、β-內酰胺類、氨基糖苷類、多肽類等抗生素，其中多肽類抗生素符合多肽的結構特征，可以使用蛋白質測序儀進行氨基酸殘基順序的確認。常見的多肽類抗生素有多粘菌素類（多粘菌素B、多粘菌素E）、桿菌肽類和萬古霉素等，其中多黏菌素和萬古霉素被認為是對抗某些多重耐藥菌的后一道防線。今天，我們以多粘菌素B為例，一起來看看蛋白質測序儀PPSQ如何測定多肽類抗生素的氨基酸序列。
快速了解多粘菌素B
多黏菌素B( Polymyxin B，PMB）于1947 年在多黏類芽孢桿菌( Bacillus polymyxa) 中發現，是一種五價陽離子型（含5個α, γ--二氨基丁酸）十肽抗生素，由N-端脂肪酰基鏈、線性三肽、環狀七肽構成，對革蘭氏陰性桿菌有有效殺菌作用，但由于具有較高的腎毒性，只能局部( 耳、眼) 用藥。PMB為發酵的混合型多肽類抗生素，組分種類較多，目前已發現的組分超過30種，其中占比較高的四種主要組分包括B1、Ile-B1、B2、B3。這四種組分組成氨基酸包括亮氨酸、異亮氨酸、苯丙氨酸、蘇氨酸、二氨基丁酸，結構通式及信息表見下。
圖1 多黏菌素B的結構通式
表1 多黏菌素B組分信息表
島津解決方案
儀器配置及序列分析原理
Edman降解法是進行N端氨基酸序列分析的經典方法，島津以其為原理設計的全自動蛋白質測序儀（以下簡稱PPSQ），由液相系統和可執行自動化Edman降解反應的主機組成，將氨基酸從多肽鏈的N端依次切割下來，通過色譜的保留時間判定氨基酸種類，結果直接可靠。PPSQ除了測定標準氨基酸外，還可以測定非標準氨基酸。多粘菌素B中含有非標準氨基酸α, γ--二氨基丁酸（DABA），可通過標準品出峰時間的測定與其他標準氨基酸一起進行氨基酸種類的鑒別。
島津蛋白質測序儀PPSQ-53A
Edman降解反應圖解
樣品前處理
使用液相系統純化制備多黏菌素B2組分（PMB2），加入無花果蛋白酶對其進行酶解，解除N端封閉。PMB2酶解后的結構式見下圖。通過液相系統對酶解產物進行分離純化，獲得去除N-酰基脂肪鏈及隨后1位二氨基丁酸的肽鏈，使用PPSQ-53A測試樣品N端前9個氨基酸的序列。
多黏菌素B2的酶解產物
經酶解處理的多黏菌素B2氨基酸序列分析色譜圖
應用蛋白質測序儀PPSQ-53A分析經酶解處理的多黏菌素B2組分的氨基酸序列，色譜圖顯示，樣品氨基酸序列為Thr-DABA-X-DABA-Phe-Leu-DABA-DABA-Thr（X代表無信號檢出），與理論順序一致。三位氨基酸在原構型中與相鄰氨基酸為環狀連接，當Edman反應發生時，一端被切開，另一端仍與相鄰氨基酸相連，因此在檢測中理論無氨基酸信號產生。
PMB2酶解產物的氨基酸序列分析色譜
蛋白質及多肽的N端氨基酸序列分析，一直以來是生物藥領域蛋白及多肽類藥物質量控制的經典方法，也是未知活性多肽及蛋白質鑒定的重要依據。島津蛋白質測序儀，自1988年第1代產品發布以來，持續三十多年來服務于生命科學研究、生物醫藥領域的廣大用戶，本研究中對多肽類抗生素多粘菌素B氨基酸序列的分析，讓我們期待蛋白質測序儀將來可以為更多新型多肽類抗生素及其他活性抗菌肽的開發發揮價值。
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