超级细菌中新型青霉素水解酶NDM-1动态构象的核磁共振波谱研究

Widespread resistance of microbial pathogens poses a serious threat to human health. New Delhi metallo-β-lactamase 1( NDM-1) is one of the main reasons why superbugs are resistant to multiple antibiotics. Although multiple high-resolution crystal structure of NDM-1 partially explains why it is resistant to many antibiotics, the exact molecular mechanism remains elusive, especially the lack of conformational dynamics in enzyme action. Here we will employ a variety of labeling methods combined with the corresponding NMR spectroscopy methods to obtain the time scale of NDM-1 conformational dynamics in solution, under different functional states. We expect that our results will clarify NDM-1 conformational dynamics in solution and its role in NDM-1 function, which will help the design of new antibiotics.

耐药性病原微生物的广泛出现严重威胁人类的健康。新型青霉素水解酶NDM-1是超级细菌抵抗多种抗生素的主要原因之一。尽管多个高分辨的NDM-1的晶体结构部分解释了为什么它能抵抗多种抗生素，但其分子机制仍然不是非常清楚，尤其是作用过程中的构象动态变化信息缺乏。本项目将利用多种标记方法结合相应的核磁共振波谱方法获取NDM-1在溶液中的构象动态变化信息，比较不同功能状态下NDM-1的构象变化的时间尺度，阐明NDM-1的动态构象与功能的关系及其作用的分子机制，为设计新型的抗生素提供理论支持与实验数据。

新德里金属-内酰胺酶（NDM-1）能够水解几乎所有的-内酰胺类抗生素，是超级细菌对几乎所有类型的抗生素都具有抗药性的主要原因。NDM-1水解抗生素的分子机制以及作用过程中的动态构象变化信息尚不清楚，缺乏有效的技术手段来表征NDM-1的动态构象与功能的关系及其作用的分子机制。本项目在资助期内主要运用液体核磁共振波谱方法研究NDM-1的动态构象变化及其水解抗生素的分子机理，取得了以下成果：1）获得了不同功能态NDM-1的核磁共振信号归属，为其分子机制研究提供了基础；2）阐释了Zn2+与NDM-1的结合过程及其在活性中的作用，揭示了其他金属离子与NDM-1的结合过程及对酶活性的影响；3）利用核磁共振方法揭示NDM-1抑制剂的不同作用机理，为设计更有效的抑制剂提供实验依据；4）获得了不同功能态NDM-1的动态构象变化及动力学信息。受资助期间，共发表相关文章13篇，部分成果整理待发表。