技術領域

本發明涉及藥物和經修飾的β-內酰胺酶。具體而言，本發明涉及新型重組β-內酰胺酶和包含所述β-內酰胺酶的藥物組合物。

另外，本發明涉及用于修飾β-內酰胺酶的方法、制造所述β-內酰胺酶的方法和治療或預防β-內酰胺抗生素引起的副作用的方法。此外，本發明涉及用作藥物的所述β-內酰胺酶和所述β-內酰胺酶在制造用于治療或預防β-內酰胺抗生素引起的副作用的藥物中的應用。

此外，本發明涉及多核苷酸和包含所述多核苷酸的宿主細胞。

背景技術

β-內酰胺抗生素的特征在于其分子結構中的β-內酰胺環。β-內酰胺環的完整性對于生物活性是必需的，其引起催化肽聚糖合成的最終交聯反應的一組轉肽酶的失活。β-內酰胺抗生素家族的成員包括青霉素、頭孢菌素、克拉維烷(氧青霉烷)、頭霉素和碳青霉烯。

β-內酰胺酶是水解β-內酰胺抗生素的細菌防御酶。β-內酰胺酶的產生是賦予革蘭氏陰性細菌β-內酰胺抗性的主要機制。β-內酰胺酶非常高效地催化β-內酰胺環的酰胺鍵的不可逆水解，從而產生失去生物學活性的產物。

由于不同種類β-內酰胺酶的酶特性的多樣性，已經提出數種分類系統來對其分類。這些分類基于兩種主要途徑，即功能分類和分子分類。

Bush等提出的β-內酰胺酶的功能分類方案(1995,Antimicrob.Agents?Chemother.39:1211-1233)定義了四組β-內酰胺酶，其是基于β-內酰胺酶的底物和抑制劑特征。第1組由基本不受克拉維酸抑制的頭孢菌素酶組成。第2組由通常受針對活性部位的β-內酰胺酶抑制劑抑制的青霉素酶、頭孢菌素酶和廣譜β-內酰胺酶組成。第3組由水解青霉素、頭孢菌素和碳青霉烯并且被幾乎所有的含β-內酰胺的分子微弱抑制的金屬β-內酰胺酶組成。第4組由基本不受克拉維酸抑制的青霉素酶組成。還根據第2組的青霉素酶水解羧芐西林或氯唑西林(苯唑西林)的速率定義了若干亞組。

使用最廣泛的分類是Ambler分類，其基于β-內酰胺酶的氨基酸序列將β-內酰胺酶分成四類(A、B、C、D)(Ambler1980,Philos?Trans?R?Soc?Lond?B?Biol?Sci.289:321-331)。A、C和D類集合了進化上獨特的幾組絲氨酸β-內酰胺酶，B類集合了鋅依賴性(受EDTA抑制的)β-內酰胺酶(AmblerR.P.等,1991,Biochem?J.276:269-270)。A、C和D類屬于絲氨酸β-內酰胺酶，其中β-內酰胺的水解由活性部位中的絲氨酸介導。絲氨酸β-內酰胺酶涉及DD肽酶(D-丙氨酰基-D-丙氨酸羧基肽酶)，即β-內酰胺的靶酶。據認為，絲氨酸β-內酰胺酶水解β-內酰胺抗生素的機制采用三步途徑，包括非共價的Henri-Michaelis復合物、共價的酰基-酶中間體和脫酰化(Matagne等,1998,Biochem?J330:581-598)。據認為酰化機制是所有絲氨酸β-內酰胺酶組的共同機制，然而，基于理論計算，A、C和D類的絲氨酸β-內酰胺酶的底物脫酰機制看上去彼此不同。脫酰機制兼具共同的基本過程和組特異性基本過程(Hata?M等,2006,Biol?PharmBull.29:2151-2159)。

芽孢桿菌屬絲氨酸β-內酰胺酶以及TEM-1、SHV-1和CTX-M家族最初被歸類為A類β-內酰胺酶，并被歸類為具有良好的水解例如青霉素和氨芐青霉素的能力的青霉素酶。在20世紀40年代，在青霉素抗性金黃色葡萄球菌中首次鑒定出A類β-內酰胺酶。20年后，在大腸桿菌中發現了質粒攜帶的青霉素抗性基因TEM-1。后來，還顯示出絲氨酸β-內酰胺酶進化出水解大多數頭孢菌素的能力并進一步專注于水解特定亞組的頭孢菌素。這些超廣譜β-內酰胺酶(ESBL)是TEM-1酶、TEM-2酶或SHV-1酶的衍生物。最近，描述CTX-M酶(一組新的A類ESBL)的大量出現的報道越來越多。現在，CTX-M酶是最頻繁觀察的ESBL，并被細分為5個主要家族。CTX-M酶具有寬范圍的底物，包括青霉素和第一、二、三代頭孢菌素(Bonnet,R.2004.AntimicrobAgents?Chemother.48:1-14)。