[发明专利]经修饰的β-内酰胺酶及其相关方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及药物和经修饰的β-内酰胺酶。具体而言，本发明涉及新型重组β-内酰胺酶和包含所述β-内酰胺酶的药物组合物。

另外，本发明涉及用于修饰β-内酰胺酶的方法、制造所述β-内酰胺酶的方法和治疗或预防β-内酰胺抗生素引起的副作用的方法。此外，本发明涉及用作药物的所述β-内酰胺酶和所述β-内酰胺酶在制造用于治疗或预防β-内酰胺抗生素引起的副作用的药物中的应用。

此外，本发明涉及多核苷酸和包含所述多核苷酸的宿主细胞。

背景技术

β-内酰胺抗生素的特征在于其分子结构中的β-内酰胺环。β-内酰胺环的完整性对于生物活性是必需的，其引起催化肽聚糖合成的最终交联反应的一组转肽酶的失活。β-内酰胺抗生素家族的成员包括青霉素、头孢菌素、克拉维烷(氧青霉烷)、头霉素和碳青霉烯。

β-内酰胺酶是水解β-内酰胺抗生素的细菌防御酶。β-内酰胺酶的产生是赋予革兰氏阴性细菌β-内酰胺抗性的主要机制。β-内酰胺酶非常高效地催化β-内酰胺环的酰胺键的不可逆水解，从而产生失去生物学活性的产物。

由于不同种类β-内酰胺酶的酶特性的多样性，已经提出数种分类系统来对其分类。这些分类基于两种主要途径，即功能分类和分子分类。

Bush等提出的β-内酰胺酶的功能分类方案(1995,Antimicrob.Agents Chemother.39:1211-1233)定义了四组β-内酰胺酶，其是基于β-内酰胺酶的底物和抑制剂特征。第1组由基本不受克拉维酸抑制的头孢菌素酶组成。第2组由通常受针对活性部位的β-内酰胺酶抑制剂抑制的青霉素酶、头孢菌素酶和广谱β-内酰胺酶组成。第3组由水解青霉素、头孢菌素和碳青霉烯并且被几乎所有的含β-内酰胺的分子微弱抑制的金属β-内酰胺酶组成。第4组由基本不受克拉维酸抑制的青霉素酶组成。还根据第2组的青霉素酶水解羧苄西林或氯唑西林(苯唑西林)的速率定义了若干亚组。

使用最广泛的分类是Ambler分类，其基于β-内酰胺酶的氨基酸序列将β-内酰胺酶分成四类(A、B、C、D)(Ambler1980,Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci.289:321-331)。A、C和D类集合了进化上独特的几组丝氨酸β-内酰胺酶，B类集合了锌依赖性(受EDTA抑制的)β-内酰胺酶(AmblerR.P.等,1991,Biochem J.276:269-270)。A、C和D类属于丝氨酸β-内酰胺酶，其中β-内酰胺的水解由活性部位中的丝氨酸介导。丝氨酸β-内酰胺酶涉及DD肽酶(D-丙氨酰基-D-丙氨酸羧基肽酶)，即β-内酰胺的靶酶。据认为，丝氨酸β-内酰胺酶水解β-内酰胺抗生素的机制采用三步途径，包括非共价的Henri-Michaelis复合物、共价的酰基-酶中间体和脱酰化(Matagne等,1998,Biochem J330:581-598)。据认为酰化机制是所有丝氨酸β-内酰胺酶组的共同机制，然而，基于理论计算，A、C和D类的丝氨酸β-内酰胺酶的底物脱酰机制看上去彼此不同。脱酰机制兼具共同的基本过程和组特异性基本过程(Hata M等,2006,Biol PharmBull.29:2151-2159)。

芽孢杆菌属丝氨酸β-内酰胺酶以及TEM-1、SHV-1和CTX-M家族最初被归类为A类β-内酰胺酶，并被归类为具有良好的水解例如青霉素和氨苄青霉素的能力的青霉素酶。在20世纪40年代，在青霉素抗性金黄色葡萄球菌中首次鉴定出A类β-内酰胺酶。20年后，在大肠杆菌中发现了质粒携带的青霉素抗性基因TEM-1。后来，还显示出丝氨酸β-内酰胺酶进化出水解大多数头孢菌素的能力并进一步专注于水解特定亚组的头孢菌素。这些超广谱β-内酰胺酶(ESBL)是TEM-1酶、TEM-2酶或SHV-1酶的衍生物。最近，描述CTX-M酶(一组新的A类ESBL)的大量出现的报道越来越多。现在，CTX-M酶是最频繁观察的ESBL，并被细分为5个主要家族。CTX-M酶具有宽范围的底物，包括青霉素和第一、二、三代头孢菌素(Bonnet,R.2004.AntimicrobAgents Chemother.48:1-14)。