合作单位：Sichuan University
参考文献：Yanping Wu, Xiaoyan Liu, Jinrong Bai, et al. Food Chemistry, 2019.
DOI：10.1039/C9RA05883D（IF = 4.03）
本文研究了天然酚类化合物3-p-trans-coumaroyl-2-hydroxyquinic acid(CHQA)对金黄色葡萄球菌的抗菌活性及其分子机制。结果表明CHQA可能是一种潜在的细菌生物膜抑制剂，通过靶向SrtA影响生物膜形成的附着阶段来实现抗生物膜活性。
背景：
金黄色葡萄球菌是一种重要的食源性病原体，能适应和生存在各种各样的极端条件下，如高温、高盐、低pH等。葡萄球菌在食品加工环境中的存在构成了严重的食品污染风险，会导致消费者食物中毒。因此由葡萄球菌引起的食源性疾病是食品工业面临的一个紧迫和具有挑战性的问题。
葡萄球菌生物膜的形成对其在食品加工环境中的生存很重要，也是食源性疫情发生的主要原因。生物膜的一个特殊特征是它们为病原体提供了有利的生长环境，并且对抗菌剂和消毒剂具有高度抗性。另外，合成消毒剂对人类健康的潜在负面影响正日益受到关注。因此，寻找安全有效的新型靶点生物膜抑制剂来对抗食源性致病菌势在必行。
与宿主表面的粘附是生物膜形成的关键初始步骤。葡萄球菌分泌一系列强大的细胞壁锚定蛋白，这些蛋白与结合宿主基质成分关联，从而启动细菌粘附和生物膜的发育。部分表面蛋白与保守的C端LPXTG基序共享一个典型的分选信号，并在生物膜的形成中起直接作用。LPXTG蛋白锚定在细菌细胞壁上依赖于膜转肽酶分选酶A(SrtA)，该酶识别LPXTG基序并催化这些蛋白与细胞壁肽聚糖的共价附着。有研究表明，葡萄球菌的SrtA敲除突变体不能显示表面蛋白，并且在建立感染方面存在缺陷。因此，由于SrtA在葡萄球菌生物膜形成中的重要作用，它可能是鉴定生物膜抑制剂的一个理想的靶标。
植物次生代谢产物是抗菌和抗生物膜剂的主要来源。许多多酚类物质已被证明能显著抑制病原菌生物膜的形成，其中许多对葡萄球菌的SrtA有较强的抑制活性。此前，作者报道了从雪松的松针中提取的一种新型酚类化合物，3-p-trans-coumaroyl-2-hydroxyquinic acid (CHQA)，该化合物通过破坏细菌细胞膜和干扰细胞功能，对葡萄球菌表现出很强的抗菌活性。
方案设计：
基于SrtA活性抑制实验结果，为探讨CHQA是否可以直接与金黄色葡萄球菌SrtA结合，并阐明潜在的结合机制。经与魔德科技（www.modekeji.cn）技术团队沟通，拟采用分子对接和分子动力学模拟方法对其进行进一步研究。
主要结果：
均方根偏差(Root mean square deviation，RMSD)表示某一时刻的构象与目标构象所有原子偏差的加和，是衡量体系是否稳定的重要依据。图1给出了体系主链原子的RMSD随时间的变化。从图中可以看出体系在10 ns后基本趋于平稳， RMSD值为0.142±0.011 nm。
为了进一步研究CHQA与Sortase A的分子识别，图2 给出了二者的结合模式。从图2中可以看出CHQA可以结合在蛋白的活性位点，其中带负电荷的羧基朝向蛋白带正电荷的区域，与带正电荷的Arg197残基形成了较强的氢键作用；而CHQA的苯环部分则伸入到蛋白的凹槽中与Gln113形成氢键作用；CHQA中的糖环结构还与Val168的主链形成了氢键。另外CHQA还与周围的Val166，Leu169，Lys173，Gln178，Thr180和Val201形成了疏水作用。
图3分别给出了参与CHQA识别的氨基酸残基的能量分解情况，采用MMPBSA方法计算得到CHQA与Sortase A的结合能为-47.22 kJ/mol，从图中可以看出，参与形成氢键作用的Gln113，Val168和Arg197均具有较高的能量贡献，表明这些氨基酸残基是二者识别的关键残基。已有研究表明，许多SrtA抑制剂可与Arg197残基相互作用，Arg197残基被认为是葡萄球菌SrtA活性位点三联体残基之一。Arg197残基的取代导致SrtA的催化活性完全丧失，因此Arg197与CHQA之间的两个强氢键可能会影响SrtA的活性。因此，我们认为CHQA通过非共价相互作用与活性区结合，抑制了金黄色葡萄球菌SrtA的酶活性。
