用于自动反向对接的β-内酰胺类药物靶点蛋白结构数据库的构建

摘要

β-内酰胺类药物是目前临床使用最广泛的抗菌药物之一，其抗菌作用机制是抑制胞壁粘肽合成酶，即青霉素结合蛋白(PBPs)。由于当前抗生素的过量使用，导致PBPs新的突变体不断出现，使细菌出现很多新的耐药菌，同时细菌也更容易产生耐药性。在临床细菌感染的治疗中，如果初始抗生素的选择不够敏感，菌株会很快产生耐药性，正确选用初始抗菌药物对治愈率的影响很大。抗生素对菌株的效果主要由多个方面决定，其中很重要的一点就是作用靶点与抗生素的亲和力大小。因此，本课题致力于通过生物信息学手段，构建出一种能准确、快速且廉价的预测β-内酰胺类药物对不同的β-内酰胺类药物靶点蛋白的亲和力方法，从一个侧面反映出抗菌药物的抑菌效果，从而为新药设计提供分子水平上亲和力方面的参考。
　　本文从rscb pdb（http://www.rcsb.org/pdb）网站下载了来源于大肠杆菌，鲍氏不动杆菌，肺炎克雷伯菌，肺炎链球菌，金黄色葡萄球菌，MRSA，铜绿假单胞菌，铜绿假单胞菌，流感嗜血杆菌等多种临床常见致病细菌的56种pdb格式的青霉素结合蛋白和其他相关的酶蛋白以及部分蛋白的突变体的结构数据。我们对这些数据进行了收集整理，并使用Autodock tools程序将这些数据作为配体进行对接准备和活性中心位点的分析，将包含活性中心位点数据的参数文件和经过处理的蛋白数据文件构成了β-内酰胺类药物靶点蛋白结构数据库。同时，结合Autodock vina程序和ms-dos语言，构建了一个可以进行自动反向对接并完成结果数据收集的批处理程序脚本，使构建的β-内酰胺类药物靶点蛋白结构数据库可以用于反向对接，计算β-内酰胺类药物对库中靶点蛋白的亲和力。
　　蛋白库构建完成后，通过计算亚胺培南、青霉素G和头孢洛林这3中不同类型的β-内酰胺类药物对β-内酰胺类药物靶点蛋白的亲和力来测试该蛋白库数据的准确性，结果表明:对亚胺培南的抑菌效果预测准确性较高，对青霉素G和头孢洛林的抑菌效果预测相对较低，出现了部分革兰氏阴性菌的靶点蛋白亲和力得分较高，但是临床报道效果差的情况，这些与临床实际结果出现差异的原因是该数据库只能在分子亲和力水平上预测抑菌效果，当抑菌效果收到其他机制的影响时，会导致分子亲和力得分高但是临床抑菌效果差的情况。由于亚胺培南对β-内酰胺酶等比较稳定，而青霉素G和头孢洛林很容易被β-内酰胺酶分解，因此导致对这2者的预测准确率不同。这需要使用者具有一定的经验，对各种细菌的耐药机制有一定的了解。
　　综合以上结果，我们认为本课题构建的β-内酰胺类药物靶点蛋白结构数据库可以通过ms-dos脚本程序，被Autodock vina程序调用进行反向对接，较为准确的出计算各种β-内酰胺类药物靶点蛋白与β-内酰胺类药物分子的亲和力，起到从分子亲和力水平方面预测β-内酰胺类药物临床抑菌效果的作用，对新药设计能起到一定的参考作用。

目录

声明

摘要

第一章 文献综述

1．1 β-内酰胺类药物靶点蛋白

1．2 分子对接技术

1．2．1 分子对接的基本原理

1．2．2 分子对接的常用方法

1．2．3 反向对接技术

1．3 国内外分子对接与反向对接软件以及数据库相关服务

第二章 引言

2．1 目的及意义

2．2 实验流程

第三章 β-内酰胺类青霉素靶点蛋白库的构建

3．1 材料与方法

3．2 蛋白数据的收集整理

3．2．1 来源于大肠杆菌的药物蛋白靶点

3．2．2 来源于金黄色葡萄球菌的药物蛋白靶点

3．2．3 来源于鲍氏不动杆菌的药物蛋白靶点

3．2．4 来源于单核球增多性李斯特菌的药物蛋白靶点

3．2．5 来源于肺炎链球菌的药物蛋白靶点

3．2．6 来源于铜绿假单胞菌的药物蛋白靶点

3．2．7 来源于嗜碱芽孢杆菌的药物蛋白靶点

3．2．8 来源于MRSA的药物蛋白靶点

3．2．9 来源于流感嗜血杆菌的药物蛋白靶点

3．2．10 来源于马杜拉放线菌属R的药物蛋白靶点

3．2．11 来源于其它细菌的药物蛋白靶点

3．3 靶点蛋白库数据的预处理

3．4 蛋白数据库与调用数据库批的处理脚本的设计

3．5 本章小结

第四章 β-内酰胺类青霉素靶点蛋白库的反向对接应用实例与结果可信度验证

4．1 利用β-内酰胺类青霉素靶点蛋白库预测亚胺培南对不同细菌的临床抑菌效果

4．1．1 亚胺培南配体数据的预处理

4．1．2 反向对接计算

4．1．3 结果分析

4．2 利用β-内酰胺类青霉素靶点蛋白库预测青霉素G对不同细菌的临床抑菌效果

4．2．1 青霉素G配体数据的预处理

4．2．2 反向对接计算

4．2．3 结果分析

4．3 利用β-内酰胺类青霉素靶点蛋白库预测头孢洛林对不同细菌的临床抑菌效果

4．3．1 头孢洛林配体数据的预处理

4．3．2 反向对接计算

4．3．3 结果分析

4．4 本章小结

第五章 总结

参考文献

致谢

攻读硕士研究生期间发表的文章