2022年12月2日
人类真菌病原体Cryptococcus neoformans可产生多种毒力因子(例如蛋白酶),以促进其在宿主内的存活。环境生态位是新型天然蛋白酶抑制剂的潜在来源。本方案概述了从软体动物中制备提取物及其对真菌毒力因子产生影响的评估方法。
该方案可实现从软体动物中分离出具有抗隐球菌特性的化合物。该技术提供了一种无偏倚的方法,用于鉴定和分离可能具有杀灭人类真菌病原体等特性的软体动物来源化合物。目前已有其他化合物,如HIV蛋白酶抑制剂,被用于治疗HIV患者。
然而,拓展至其他病原体以及对自然来源的探究,代表了新的发现方向。最后一步是最困难的步骤,因为样品可能无法完成过滤。因此,样品可能需要稀释后再进行过滤。
首先从指定且经批准的自然区域采集如中华圆田螺(Cipangopaludina chinensis)等软体动物。选择本地种和入侵种,以评估其广泛的潜在抗真菌作用。使用研钵和研杵轻轻敲碎中华圆田螺(C.chinensis)的外壳,并用镊子移除碎片。
通常,将10个软体动物合并为一组进行本实验方案。收集并称取约15至20克样品,用剪刀将组织切成大小约为0.5至1厘米的小块。使用液氮对解剖并切割后的组织样品进行速冻,然后用研钵和研杵将组织样品研磨成细粉。
完成后,取约15克组织样品粉末加入30毫升冷蒸馏水中,使比例达到1:2。将2毫升样品倒入耐冲击的2毫升离心管中,并向每根管中加入约500微克的3毫米不锈钢珠。使用弹珠式匀浆器或珠磨式匀浆器,在4摄氏度、1,200转/分钟条件下匀浆3分钟。
在4°C条件下,以12,000 G离心20分钟。将上清液收集到一个新的50毫升离心管中,并弃去沉淀。使用0.22微米滤膜对上清液进行过滤除菌,并在澄清提取物前将样品置于冰上保存。
将上清液样品置于60摄氏度的水浴中30分钟,随后立即将样品转移至装有冰的容器中冷却20分钟。在4摄氏度条件下,以15,000 G离心冷样品45分钟。将上清液收集至新的50毫升离心管中,弃去沉淀。
使用0.22微米膜过滤器对样品进行过滤除菌,然后将样品置于冰上保存。完成后,使用定量检测试剂盒测定粗提物和澄清提取物中的蛋白质浓度。最佳蛋白质浓度范围为每毫升4至8微克。
将样品置于冰上孵育长达一小时,或在液氮中快速冷冻,随后于-20摄氏度保存,直至使用。在96孔平底板中,加入10微升浓度为每毫升4毫克的粗制或澄清软体动物蛋白提取物、10微升处于测定线性范围内的枯草蛋白酶A,以及220微升pH为8.6的100毫摩尔/升三羟甲基氨基甲烷盐酸盐(Tris-HCl)溶液,在25摄氏度下孵育10分钟。然后加入10微升N-琥珀酰-丙氨酰-丙氨酰-脯氨酰-苯丙氨酰对硝基苯胺(枯草蛋白酶A的底物),使其终浓度为一倍KM值,终反应体积为250微升。
完成后,每隔15秒监测一次405纳米处的光密度,持续3分钟,以测定酶活性。确保不含提取物的孔在读数过程中产生一条直线曲线。为确定残留酶活性,计算在存在软体动物提取物条件下与不存在提取物条件下的酶活性比值。
若观察到抑制活性,应使用提取物的不同浓度梯度测定其半数抑制浓度(IC50)值。用10微升移液器枪头将一单菌落新生隐球菌H99野生型接种至5毫升酵母提取物蛋白胨葡萄糖(YEPD)培养基中,在30摄氏度、200转/分钟条件下培养16至18小时。取500微升培养物置于比色皿中,通过测定600纳米处的光密度值来检测菌体生长情况。
用酵母氮源基础培养基或YNB培养基稀释菌液,使最终光密度达到0.02。将新生隐球菌(C.neoformans)细胞与不同浓度的粗提物和澄清提取物共培养,方法是在96孔板中将10微升提取物与190微升稀释后的C.neoformans菌液混合。在37摄氏度、200 RPM条件下,每隔15分钟至1小时使用酶标仪在600纳米波长下测定光密度,持续检测72小时以评估菌体生长情况。
中华补骨脂的提取物能够抑制与新型隐球菌毒力相关的枯草杆菌蛋白酶A的蛋白水解活性,其粗提物的IC50值为5.3微克/毫升,澄清提取物的IC50值为4.53微克/毫升。对中华补骨脂提取物在影响新型隐球菌毒力因子产生相关过程(包括真菌生长)中的作用进行评估,结果显示,在37摄氏度条件下,粗提物和澄清提取物均显著抑制了真菌的生长。对提取物在荚膜形成、黑色素产生以及生物膜形成等方面的作用进行评估,结果表明,粗提物或澄清提取物对荚膜或黑色素的产生均未引起变化。
然而,在高浓度的粗提物和澄清提取物作用下,与未处理的对照组相比,生物膜的形成显著减少了70%至80%。该实验方案的成功取决于正确的提取步骤,包括研磨、加入适量的酶,以及在加入底物后及时读取结果。该技术着重于热耐受性作为隐球菌重要毒力因子的作用。
然而,还可以评估其他毒力因子,如黑色素和荚膜的产生,以及生物膜的形成。这些结果开辟了新的研究途径,为利用天然化合物开发更稳定、更具特异性且不易产生耐药性的抗真菌策略提供了新方向。长期目标是寻找针对这些真菌病原体的新方法,并最大限度地减少耐药机制的出现。
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本研究探讨了软体动物,特别是铜锈环棱螺(Cipangopaludina chinensis),作为天然化合物来源的潜力,这些化合物对人类真菌病原体新型隐球菌(Cryptococcus neoformans)具有抗隐球菌活性。本方案详细描述了从软体动物中提取化合物的过程,并评估其对真菌毒力因子的影响,从而深入揭示了其抗真菌作用机制。
新型隐球菌(Cryptococcus neoformans)中不断上升的抗真菌耐药性对现有的治疗手段构成了挑战,迫切需要新的靶点验证策略。本实验方案可实现对软体动物来源天然肽酶抑制剂的无偏倚鉴定与定量评估,直接推动早期抗真菌药物的发现。该方法通过优先筛选具有可测量抗毒力活性的提取物,支持候选药物组合的优化与筛选。
该提取与筛选方案适用于早期发现与先导化合物识别的交汇环节,可在临床前研究推进之前实现快速假设验证和作用机制的风险评估。