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2020“颐和”青年奖 候选名单
农业农村部动物营养与饲料学科群重点实验室下属单位推荐青年学者
王秀敏博士
农业农村部饲料生物技术重点实验室推荐青年学者
中国农业科学院饲料研究所副研究员
人物简介

女,1977年8月生,博士,中国农业科学院饲料研究所副研究员。2000年本科毕业于山东农业大学,2003年硕士毕业于西北农林科技大学,2006年博士毕业于西北农林科技大学,同年进入北京林业大学从事博士后工作;2009年9月-至今在中国农业科学院饲料所工作。2019年1月-2020年1月在昆士兰大学做访问学者。从事抗菌肽杀菌机理研究,研究方向为抗菌肽的分子设计、活性及其杀菌机制。

近5年,主持国家自然科学基金3项、国家重点研发计划项目子课题1项,发表SCI 40篇(被引581次),其中以第一作/共同一作/通讯作者在Commun Bio、J Med Chem、Food Chem、Antimicrob Agents Chemother、Eur J Med Chem等期刊发表SCI论文20篇(JCR 1区4篇,总IF71.3,9篇IF>4,单篇最高IF6.054)。申请发明专利11项(授权3项)。作为完成人获得神农中华农业科技一等奖(第4)和北京市科学技术奖一等奖(第5)各1项。

成果介绍

围绕畜牧业中细菌性腹泻致病菌、LPS“菌毒”、胞内菌感染及抗生素应用中面临着“胞内弱活”、“弱抗LPS”和“细菌耐药性”几大瓶颈问题,申请人从“菌毒并治”、“穿膜入胞”分子水平设计合成穿膜、抗菌、解毒多功能肽,使其具有组成部分各自的生物学功能,取得如下创新成果:

1抗菌肽定向分子设计、改造与修饰

(1)LBP抗菌解毒双效肽定点/定向设计、分子改造及其修饰,将LBP与N6通过不同linker偶联获得抗菌解毒双效肽A6/G6,且高稳、低毒及无耐药性,在体外、体内抗菌解毒功能均有提高,实现了“菌毒炎”并治;(2)CPPs细胞穿膜肽分子设计与改造,将N2/N6与CPPs偶联(无或可降解型linker),获得嵌合肽B6N2、T11N2和CNC,通过能量依赖的巨胞饮及网格蛋白等介导的内吞作用方式入胞,具更高的入胞率、杀菌速度及胞内杀菌率,且低毒无耐药性,解决了低入胞率问题;(3)二硫键型抗菌肽分子设计,将N4二硫键位置氨基酸突变,获得“kite”、“rocket”型N2/N6,具高稳、低毒和低生产成本特性,体外体内均具高活性,且无耐药性,解决了高生产成本问题;(4)引入非天然氨基酸对N6等关键位点进行定点修饰,获得高稳、高活D-N6及Guo-A6,具高活、高稳及低毒特性,解决动物体内不耐酶解问题;(5)ALG/Ca2+纳米微囊化包被抗菌肽N6NH2,获得高稳、高效能抗菌肽纳米粒,包封率>40%,在胃液环境下不释放抗菌肽,在肠道环境中释放抗菌肽,解决体内半衰期短问题。

 

2抗菌肽杀菌特性与杀菌机理研究:

(1)生物学活性:海蚯蚓N系列肽具有低溶血性,主要作用于G,能与LPS结合;(2)与G细胞膜互作:①对E. coliS. enteritidis细胞表面疏水性、对细胞膜的作用和细胞形态的研究表明海蚯蚓肽破坏膜结构、引起膜疏水性的变化、诱导胞内K+泄漏、促使质膜分离、细胞质膜裂解和内容物如DNA释放等;②诱导ROS产生与积累、引起质膜电位的超极化;(3)与生物大分子互作:使细胞停滞在S/M期,抑制RNA/DNA合成,与G基因组DNA发生结合后导致减色效应及红移现象,说明肽以插入的方式与DNA结合,DNA结构由B构型转变为C构型,双螺旋结构发生解链。(4)对细胞分裂蛋白FtsZ的影响:使FtsZ发生聚集、沉降及凝集,导致细胞不能复制而死亡。(5)诱导细胞发生类凋亡现象,通过ROS产生、膜去极化等诱导类凋亡,转录组学表明抗菌肽上调细菌双组分调节系统、新陈代谢、细胞周期及ABC转运体基因的表达,下调鞭毛组装和趋药性相关基因的表达。以上工作填补了海蚯蚓肽分子设计及抗菌机理研究空白,为GE. coliS. enteritidis等)引起的畜禽肠道疾病(腹泻)提供新的防控思路。

成果代表性论文或发明专利

代表性研究论文一:“抗菌解毒”嵌合肽的分子设计及其杀菌机理研究

Zhenlong Wang, Xuehui Liu, Da Teng, Ruoyu Mao, Ya Hao, Na Yang, Xiao Wang, Zhanzhan Li, Xiumin Wang*, Jianhua Wang*. Development of chimeric peptides to facilitate the neutralisation of lipopolysaccharides during bactericidal targeting of multidrug-resistant Escherichia coli. Commun Biol, 2019 (DOI: 10.1038/s42003-020-0761-3) (Nature新子刊)

摘要:畜禽肠道致病菌大肠杆菌能够引起人、畜细菌性肠炎疾病。抗生素在杀菌的同时会释放大量的内毒素LPS,从而加重了炎症反应。目前,“菌毒并治”药物稀少且它们的作用机理尚不十分明确。针对此问题,本研究利用LBP-14的靶向性和专抗G抗菌肽N6的杀菌特性,将不同linker序列应用于抗菌肽N6的N末端,在分子水平设计合成多功能嵌合肽SCPs-A6和G6。研究结果表明,嵌合肽A6和G6具有高稳定性、高活性、低毒性、无耐药性等特性,即能够靶向性杀伤G细胞、又能够中和LPS及抑制LPS诱发的级联炎症反应,在模式动物体内的效果优于多粘菌素B和母体肽N6。以上结果表明,嵌合肽实现了“菌毒并治”,为设计新型多功能抗菌肽提供了理论依据和新方法。

关键词:嵌合肽、内毒素、抗菌活性、抗炎活性、抗菌肽N6

代表性研究论文二:新型穿膜肽的创制及其对胞内沙门氏菌的杀灭作用

Zhanzhan Li, Da Teng, Ruoyu Mao, Ya Hao, Xiao Wang, Xiumin Wang*, Jianhua Wang*. Improved antibacterial activity of the marine peptide N6 against intracellular Salmonella Typhimurium by conjugating with the cell-penetrating peptide Tat11 via a cleavable linker. J Med Chem, 2018, 61(17): 7991-8000 (IF 6.054)

摘要:鼠伤寒沙门氏菌可以引起动物、人的急性胃肠炎、菌血症、局灶性及全身性感染,该菌可侵入吞噬细胞内并在其内部的“沙门菌包含小泡 (Salmonella-containing vacuole, SCV)”酸性条件进行适应性生存和繁殖,逃逸宿主的免疫反应。常用的治疗药物如氨基糖苷类常由于胞膜渗透性差而难以达到有效的胞内累积浓度,这导致吞噬细胞成为沙门氏菌复发和重复感染的持续性“根据地”。本研究为了降低穿膜肽CPPs与抗菌肽N6通过组织蛋白酶敏感性连接子linker进行连接,获得偶联物CNC;另一方面,为了提高 N6 的稳定性(酸耐受性),将N6的C端进行酰胺化处理,合成制备N6NH2。结果表明,CNC和N6NH2的细胞摄取率比N6高,且毒性和溶血性较低;二者在体外杀胞内沙门氏菌活性分别比母体肽N6高67.2-76.2%和96.3-97.6%;1-2 μmol/kg的CNC和N6NH2 对致死剂量沙门氏菌攻毒后的小鼠的治愈率分别达到6.7-100%,较高于等当量N6的治愈率(33.4-66.7%)。

关键词:穿膜肽、胞内菌、酰胺化、胞吞机制、体内活性

代表性研究论文三:CPPs细胞穿膜肽的分子设计与胞内杀菌活性研究

Zhanzhan Li, Ruoyu Mao, Da Teng, Ya Hao, Huixian Chen, Xiumin Wang*, Jianhua Wang*. Improved antibacterial activity of a marine peptide-N2 against intracellular Salmonella typhimurium by conjugating with cell-penetrating peptides-bLFcin6/Tat11. Eur J Med Chem, 2017, 145: 263. (IF 4.833)

摘要:为了提高胞内杀菌活性,将海洋抗菌肽N2分别与两个细胞穿膜肽(cell-penetrating peptides, CPPs)-Tat11及bLFcin6通过酰胺键偶联,获得嵌合肽 B6N2和T11N2,并对其体外抗菌活性、细胞毒性、入胞率及入胞机理以及其对小鼠巨噬细胞RAW264.7胞内鼠伤寒沙门氏菌的杀灭能力进行评价。结果表明,嵌合肽 B6N2和T11N2结构仍保留类似母体肽 N2 的两条β折叠和三个loop循环;CPPs-N2的抗菌活性(MIC约为 2 μM)相对 N2(0.8 μM)稍有下降;256 μg/ml B6N2和T11N2 均显示较低的细胞毒性(分别为 9.78 %和 13.54 %);体外剂量及时间依赖杀菌曲线显示,CPPs-N2 可在2 h内完全杀死沙门氏菌,杀菌速率是N2的2倍,且在压抑菌浓度(0.125-1 MIC)时显示较 N2 更高的杀菌能力;1 μM B6N2和T11N2 与细胞共孵育0.5 h后,内化率均高于N2,分别达到28.3 %和93.5 %;B6N2和T11N2的入胞率可在一定程度上被低温(82.1-91.7%)、氯丙嗪(35.7-75.1%)和阿米洛利(26-52.1%)抑制,表明CPPs-N2可能通过能量依赖的巨胞饮及网格蛋白介导的内吞作用入胞;胞内杀菌试验表明,50-100 μM 的 B6N2 对胞内菌的清除率较等浓度的N2分别提高85.3%和 85.8%,而10、20、50 μM T11N2对胞内菌的清除率较50 μM N2分别提高53.7%、80.5%和 99.6%;这说明穿膜肽Tat11和bLFcin6显著提高了抗菌肽N2的入胞率。

关键词:海洋抗菌肽N2、细胞穿膜肽、鼠伤寒沙门氏菌、胞内杀菌、巨噬细胞

代表性研究论文四:海洋源抗菌肽杀灭畜禽腹泻致病菌G-的时空关系及其机制研究

Xiumin Wang, Da Teng, Ruoyu Mao, Na Yang, Ya Hao, Jianhua Wang*. Combined systems approaches reveal a multistage mode of action of a marine antimicrobial peptide against pathogenic Escherichia coli and its protective effect against bacterial peritonitis and endotoxemia. Antimicrob Agents Chemother. 2016, 61(1). pii: e01056-16. (IF 4.715)

摘要:研究了海洋源抗菌肽N4杀灭畜禽细菌性腹泻致病菌时空关系及其机制,从细胞水平上,揭示了海蚯蚓肽诱导G发生细胞早期、晚期类凋亡现象,抑制大肠杆菌细菌的分裂、促进ROS产生、质膜去极化、染色质凝聚等;从分子基因水平上,海蚯蚓肽能够引起428-663个差异基因的表达,上调基因主要涉及细菌双组分调节系统、新陈代谢、细胞周期及ABC转运体,下调基因主要与鞭毛组装和趋药性相关,包括30个的鞭毛结构功能基因、激活子和操作子及15个细菌趋化因子;从蛋白水平上,揭示了海蚯蚓肽诱发类凋亡现象与细胞分裂蛋白FtsZ、GTPase有关,抗菌肽导致FtsZ的异常表达、使其发生聚合与抑制GTPase活性,从而影响了细菌细胞的分裂。此外,研究发现海蚯蚓肽在小鼠体内的治疗效果要优于相同剂量的硫酸粘杆菌素,这为畜禽细菌性腹泻疾病的防控另辟途径。

关键词:海洋源抗菌肽、N4、机理、大肠杆菌、脂多糖

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