研究人员使用定向进化技术来使细菌产生新的抗生素

进化是一个不可思议的过程，它让生命适应环境的变化。20世纪90年代，弗朗西斯·阿诺德的实验室展示了人们如何操纵微生物以某种方式进化，从而将这一过程转化为优势，这可能导致新药和其他突破。这一发现为阿诺德赢得了2018年诺贝尔化学奖，现在她的团队正在利用这项技术开发新的抗生素。

该团队正在研究创造新抗生素的一个特别具有挑战性的方面——制造一种称为β-内酰胺环的分子结构。这些基本上是原子的环可以破坏细菌构建细胞外壁并有效杀死它的能力。它们位于许多常见抗生素的核心，如青霉素。

然而，β-内酰胺环可能难以制造。它们从长链分子开始，然后折回自身形成环。一般来说，化学家必须添加额外的指导分子来“告诉”他们折叠的位置，然后他们必须在以后删除这些分子，这只会给过程增加更多的步骤和更多错误的机会。

因此，研究人员开始简化这一过程，并将艰苦的工作转移到酶上。加州理工学院的团队使用定向进化技术来引导酶以特定的方式进化。该研究小组可以将酶的遗传密码转移到产生这些酶的细菌中。

在这种情况下，研究小组开发了一种叫做细胞色素P450的酶，这样它就可以构建β-内酰胺。他们还产生了其他酶，可以构建其他类型的结构，包括γ-内酰胺和δ-内酰胺。它们之间的区别在于每个原子中有多少个原子——β-内酰胺由三个碳原子和一个氮原子组成，而γ-内酰胺又增加了四个碳原子，而δ-内酰胺则更进一步。

“我们正在开发新的酶，其活性在自然界中是找不到的，”该研究的合著者伊贺·乔说。“内酰胺可以在许多不同的药物中找到，但特别是在抗生素中，我们总是需要新药。”

该团队表示，这些酶是他们获得的最有效的酶，每种酶可以产生多达一百万个β-内酰胺分子。考虑到细菌对我们最好的抗生素的抗药性有多快，这些分子显然已经准备好用于工业用途了——这是个好消息。

这项研究发表在科学杂志上。