AbMole综述：抗生素的多样世界与科研应用（一）

AbMole综述：抗生素的多样世界与科研应用（一）在生物和医学研究中，抗生素扮演着不可或缺的角色。从青霉素的首次发现，到如今种类繁多的抗生素，它们的发展历程充满了科学探索与人类智慧的结晶。在肿瘤、抗感染和免疫抑制等研究中，不同类型的抗生素在各自的领域中发挥着独特的作用，本文由AbMole为您介绍不同种类的抗生素及其在科学研究中的应用。一、抗真原核微生物抗生素真原核微生物包括细菌、放线菌、真菌、支原体等，一些真原核微生物会引起机体的感染，以下是科研中常用到的相关抗生素。β-内酰胺类抗生素β-内酰胺类抗生素大部分是青霉素、头孢和碳青霉烯的衍生物，如PenicillinG（青霉素G）、Ampicillin（氨苄青霉素）、Amoxicillin（阿莫西林）、Meropenem（美罗培南）等，它们可破坏细菌细胞壁，对多种革兰氏阳性菌和阴性菌均有效。常用于肺炎球菌、溶血性链球菌及厌氧菌感染的研究。β-内酰胺酶类抑制剂β-内酰胺酶类抑制剂是一类能够抑制细菌产生的β-内酰胺酶活性的化合物，从而保护β-内酰胺类抗生素免受水解失活，增强其抗菌效果。常见的β-内酰胺酶抑制剂包括Clavulanicacid、Sulbactam、Tazobactam、Enmetazobactam、Relebactam等。上述β-内酰胺酶抑制剂常用于耐药菌株的研究。氨基糖苷类抗生素氨基糖苷类代表性抗生素包括Gentamicin（庆大霉素）、Kanamycin（卡那霉素）、Amikacin（阿米卡星）、Tobramycin（妥布霉素）等。它们可作用于细菌核糖体的30S亚基，阻止蛋白质合成的起始，部分还可造成细菌细胞膜损伤，导致细菌死亡。Puromycinaminonucleoside（氨基核苷嘌呤霉素）也属于氨基糖苷类抗生素，它们除了诱导内质网应激和触发细胞凋亡外，还能用于构建动物肾病模型。四环素类抗生素四环素类抗生素主要有Tetracycline（四环素）、Doxycycline（多西环素）、Oxytetracycline（土霉素）等。作用机理也是通过与细菌核糖体30S亚基结合，进而抑制细菌的蛋白合成，四环素类抗生素也可用于支原体感染的研究。喹诺酮类抗生素Levofloxacin（左氧氟沙星）、Ciprofloxacin（环丙沙星）、Enrofloxacin（恩诺沙星）是代表性的喹诺酮类抗生素，均为全合成抗生素。主要作用于拓扑异构酶Ⅱ或拓扑异构酶Ⅳ，进而抑制细菌DNA合成。对感染呼吸道的细菌和肺炎支原体等具有良好的抑制效果。大环内酯类抗生素Azithromycin（阿奇霉素）、Clarithromycin（克拉霉素）、Dirithromycin（地红霉素）等属于大环内酯类抗生素。它们可与细菌50S核糖体的亚单位结合，从而干扰蛋白合成，大环内酯类抗生素倾向于抑制革兰氏阳性菌，并对支原体和衣原体有良好的抑制效果。Nystatin（制霉菌素）则是一种抗真菌的大环类抗生素，对许多霉菌、酵母菌和支原体表现出抑制活性。糖肽类抗生素Vancomycin（万古霉素是糖肽类抗生素的代表性化合物，具有强大的抗菌作用，主要作用于革兰氏阳性菌，尤其对耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（MRSA）等耐药菌株具有显著的抑制效果。二、抗性筛选用抗生素在细胞转染和分子生物学实验中，抗性筛选是一种常用的技术，通过在培养基中添加抗生素，筛选出成功转染或转化的细胞或菌株。G418（遗传霉素）G418（遗传霉素）是一种氨基糖苷类抗生素，它在细胞培养中常被用作抗性筛选试剂。G418通过与原核和真核细胞的70S或80S核糖体不可逆性的结合，进而抑制蛋白质合成。在细胞培养中，当细胞成功转染并整合抗性基因（如neo基因）后，该基因编码的氨基糖苷磷酸转移酶能够共价修饰G418，使其失活，从而赋予细胞在含有G418的选择性培养基中生长的抗性。需要注意的是，确定G418的最佳筛选浓度是很重要的，哺乳动物细胞筛选时G418的使用范围通常是200~2000μg/mL，最常用的工作浓度为100~700μg/mL。植物细胞的筛选范围是10~100μg/mL，酵母细胞的筛选范围是500~1000μg/mL。Puromycin（嘌呤霉素）Puromycin（嘌呤霉素）是一种来源于Streptomycesalboniger的氨基糖苷类抗生素，常用于筛选能够表达pac基因的细胞。Puromycin通过模拟氨酰化tRNA（aa-tRNA）的3'末端，和正常氨基酸一起进入核糖体中，随后阻止翻译。与G418类似，Puromycin常用于细胞转染后的抗性筛选。HygromycinB（潮霉素B）HygromycinB（潮霉素B）是一种由吸水链霉菌产生的氨基糖苷类抗生素，它可以通过干扰70S核糖体易位和诱导mRNA模板的错读来抑制蛋白合成，当细胞成功转染并整合潮霉素抗性基因（如hph基因）后，该基因会编码一个激酶（潮霉素激酶），通过磷酸化HygromycinB使其失活，从而赋予细胞对HygromycinB的抗性。一般在转染后的24~48小时进行HygromycinB的抗性筛选。BlasticidinS（杀稻瘟菌素S）BlasticidinS（杀稻瘟菌素S）是一种从灰色链霉菌中提取的核苷类抗生素。它主要通过干扰核糖体中肽键的形成来抑制原核和真核细胞的蛋白质合成。当bsr、bsd或bls基因被成功整合后，细胞可编码BlasticidinS脱氨酶，催化BlasticidinS发生脱氨基反应并生成对细胞无毒性的衍生物，从而赋予细胞对BlasticidinS的抗性。AureobasidinA（金担子素）AureobasidinA（金担子素）具有很强的抗真菌能力。它在较低的浓度下（0.1-0.5μg/mL）即可对酵母产生毒性，这一特性使其成为酵母筛选中的理想工具。金担子素非常适合用作阳性克隆的筛选，在酵母转化实验中，通过将外源基因导入酵母细胞，并使其与金担子素抗性基因（如AUR1-C基因）共表达，可以在含有金担子素的培养基上筛选出成功转化并表达抗性基因的酵母细胞。AureobasidinA也是酵母单/双杂交实验中理想的筛选标记。在酵母杂交系统中，金担子素抗性基因可以作为报告基因之一，用于检测两个蛋白之间或蛋白与DNA之间的相互作用。当两个蛋白发生相互作用时，会激活报告基因的表达，使酵母细胞获得金担子素抗性。原核转化筛选对于一些原核细胞