ScienceDaily (Oct. 17, 2008) — 來自倫敦奈米科技中心（London Centre for Nanotechnology）的科學家試圖利用一種嶄新的奈米機械裝置來研究所謂抗生素的最後一道防線之萬古黴素（vancomycin）是如何在抗菌過程中發揮作用的機制。這種抗生素是少數可以用在抵抗類似像 MRSA 這種抗藥性細菌的藥物。本研究是由 Rachel McKendry 博士以及 Gabriel Aeppli 教授領導進行，他們開發出一種超敏感探針得以讓我們一窺抗生素發揮作用時的狀況，這對於開發出效率更高的新藥來說相當重要。
圖1. A schematic representation to show the nanomechanical detection of antibiotic-peptide interactions on multiple cantilever arrays. The blue and white structures show chemical binding interaction between vancomycin and the bacterial mucopeptide analogue, DAla. The red line represents the mechanical connectivity of the chemically reacted regions on the cantilever.
圖2. 萬古黴素結構及其具有抗菌性的關鍵位置。紫紅色的部分是最重要的氫鍵位置，通常細菌會在這個地方出現突變，使得萬古黴素在這個位置的氫鍵鍵結消失而喪失其藥性。
圖3. 萬古黴素與細菌細胞壁上特殊胜肽 D-Ala-D-Ala 的片段之鍵結立體結構圖。（圖片來源：http://en.wikipedia.org/wiki/Image:Vancomysin_AntimicrobAgentsChemother_1990_1342.jpg）
在研究的過程中，McKendry 博士、Joseph Ndieyira、Moyu Watari 以及他們的合作者使用了懸臂式陣列（cantilever arrays）─ 一種比人的頭髮寬度還要小的微小槓桿 ─ 來檢驗當萬古黴素結合到細菌表面時的過程。他們在這個懸臂式陣列上面鍍了一層由細菌細胞壁所取得的黏膜胜肽（mucopeptides），這種黏膜胜肽會表現得像抗生素一樣的自我黏結，如此便能在細菌的表面上形成一種張力，這能讓懸臂產生足以被偵測到的彎曲現象。研究團隊他們因此提出了一個假設：「這種張力會在細胞壁被瓦解時釋放出來，這也表示細菌崩解了。」
圖4. Rachel McKendry 博士（圖片來源：http://www.london-nano.com/content/lcndirectory/mckendry/）
而這個跨領域的小組希望能夠比較出萬古黴素對於抗藥性與非抗藥性細菌之間作用上的差異。所謂的「超級細菌（superbugs）」可以抵抗抗生素的作用，只要一個簡單的突變便可以讓細胞壁表面原先能和抗生素產生氫鍵（hydrogen bond）的單一區塊消失（如圖２）。如此微小的變化卻可以讓抗生素對於該細菌降低了 1000 倍左右的效果，使得細胞結構失無法被瓦解掉，也因此大幅提高了治療上的困難。
McKendry 博士說到：「現在在各大醫院裡面出現的超級抗藥性細菌，如 MRSA 或是萬古黴素抗藥性腸球菌（vancomycin-resistant Enterococci，簡稱 VRE）報告的大幅成長，均嚴重的警告我們不得不重視這個訊息！這是全球醫療的主要問題，也因如此便促使了我們去開發出新的技術來研究抗生素是如何運作的。」
「抗生素可以削弱這些細菌的細胞壁，進而殺死細菌，」她繼續說到：「我們的研究在於懸臂式感應器身上，當細胞壁被合併有抗生素與黏膜胜肽的混合物結合而摧毀及這個事件在空間機械上的連通關係。針對細胞結構的鍵結以及機械力兩者進行研究，也許可以在未來開發出一種強而有力的抗生素。」
「先前 LCN 在藥物搜尋領域的應用中就曾經利用過以矽為基礎（silicon-based）的懸臂系統，效果相當不錯！」Gabriel Aeppli 教授這樣說到，他是 LCN 的主任。「根據英國健康防護局（Health Protection Agency）表示，在 2007 年間就有將近 7000 起與 MRSA 有關的案例，而光是英格蘭地區就有超過一千起與 VRE 有關的案例被報導出來。最近十年來新的抗生素開發速度實在是太慢了，同時藥效都不好，而致命感染的案例卻不斷的往上攀高。」
圖5. Gabriel Aeppli 教授（圖片來源：http://www.london-nano.com/content/lcndirectory/aeppli/）
The research was funded by the EPSRC (Speculative Engineering Programme), the IRC in Nanotechnology (Cambridge, UCL and Bristol), the Royal Society and the BBSRC.
Adapted from materials provided by University College London, via EurekAlert!, a service of AAAS.
Journal reference:
Ndieyira et al.
Nanomechanical detection of antibiotic–mucopeptide binding in a model for superbug drug resistance.
Nature Nanotechnology, October 12, 2008;
DOI: 10.1038/nnano.2008.275
原始報導：
1. ScienceDaily：Nanotechnology Boosts War On Superbugs
2. UCL research reveals secrets of superbug-busting antibiotic