Beta-内酰胺酶荧光探针及其在耐药菌检测中的应用

Recently, antibiotic resistance, which is due in large part to the misuse or over-dose of antibiotics, has emerged as a major concern to the public. One of the major causes of antibiotic resistance is the generation of beta-lactamase in microbes, causing the degradation of beta-lactam-typed antibiotics. In this project, with the beta-lactamases in pathogenic bacteria as reporter, we focus on the development of beta-lactamase fluorogenic probes to selectively detect a range of antibiotic resistance. We design the probes by mimicking the characteristic structures of beta-lactam antibiotics to achieve high level of selectivities. And the probes would be further structurally optimized by systematically investigation of the relationship between the probe strutures and enzymatic kinetics. Additionally, the use of a multiple- fluorophore-releasing linker in the probes will be studied to further boost the sensitivities. Furter investigation of these probes with antibiotic-resistant microbes, even clinic samples will be performed to validate this novel detection system. The success of this project will deliver a handy approach for rapid dection of antibiotic resistance and even contribute to the point-of-care treatment of infected patients, reducing misuse or over-dose of antibiotic and thus minimizing the chance of antibiotic resistance.

近年来，由于抗生素的滥用，病菌的耐药情况正变得日益严重，受到越来越多人的关注。但现有的耐药菌检测方法通常耗时较长，难以实现快速检测。本课题以病菌产生的各种beta-内酰胺酶为靶标，开展有关于beta-内酰胺酶荧光探针的研究。为了实现对不同类型耐药菌的选择性检测，探针的设计从beta-内酰胺酶活性口袋的结构特点出发，再模拟现有beta-内酰胺类抗生素的取代基特征。通过系统而深入的探针结构与酶动力学关系研究来达到优化探针结构的目的，再结合新颖的多重荧光发射团释放体系来进一步增强荧光信号变化，发展同时具有高灵敏度和高选择性的beta-内酰胺酶荧光探针体系，应用在临床耐药病菌的快速检测中。本项目的成功实现，将有助于对耐药菌的监测和实现感染病人的个性化抗生素治疗，减少抗生素的滥用并最终大大减少耐药菌出现的几率。

抗生素耐药是当前社会重点关注的一个问题，本项目以导致病菌产生耐药性的各种beta-内酰胺酶为标志物，发展系列具有不同特异性的荧光探针实现耐药病菌的快速检测。在项目研究过程中，基于现有beta-内酰胺抗生素的结构特点设计、发展了4类不同结构的荧光探针。通过对探针进行系统性的酶动力学研究与检测极限的测定，再结合相应的抑制剂组合实验，充分验证了这些荧光探针对不同类型的beta-内酰胺酶的高度选择性响应。并且，利用这些探针最终实现了对临床中常见的不同类型的耐药病菌的快速、特异性检测。特别值得一提的是，在本项目中我们发展了首个基于碳青霉烯抗生素母核结构的荧光探针，实现了对包括金属类与丝氨酸类在内的所有碳青霉烯酶的选择响应，并在临床耐碳青霉烯抗生素病菌检测中得到验证。本项目的成功实施，为快速、准确检测耐药病菌提供了一个全新的方法，有助于实现感染病人的合理用药与减少抗生素耐药病菌的传播，具有较好的应用前景。. 到目前为止，本项目共发表7篇研究论文与1篇评述（均为第一标注），其中包括1篇Angew. Chem. Int. Ed. （hot paper）, 2篇Chembiochem, 1 篇Chem. Asian. J., 1 篇 Bioorg. Med. Chem. Lett.。 同时，目前已经申请了2个中国专利，一个PTC国际专利。通过本项目，共培养了博士研究生1名，硕士研究生4名，此外，还有2名硕士研究生预计2019年6月毕业。