[发明专利]用于移除生物膜的HMGB1蛋白衍生物

说明书

本文提供了HMGB1的衍生物，其已被工程改造来具有相同的有效抗生物膜活性，但更小且不引起炎症。

相关申请的交叉引用

本申请根据35 U.S.C. § 119(e)要求于2018年10月5日提交的美国临时申请序列号62/742,102的优先权，其全部内容通过引用合并于此。

联邦支持声明

本发明是在美国国立卫生研究院（NIH）授予的批准号 R01DC011818的政府支持下完成的。政府拥有本发明的某些权利。

技术领域

本发明总体上涉及减少和/或治疗临床或工业细菌生物膜的方法和组合物。

背景技术

细菌在人体内的生物膜中的持久性引起所有慢性/复发性疾病的约三分之二。这些生物膜由受外部“粘液（slime）”保护的细菌组成，外部“粘液”通常主要由阻止先天性和适应性免疫系统、抗生素和其他抗菌剂接触生物膜内部的细菌的DNA组成。生物膜使其极其难以清除来自身体的感染。此外，生物膜可以充当未来急性感染的储存库，通常会带来致命的后果。

在所有已知的真细菌中发现了来自DNABII蛋白家族的至少一种蛋白，并且天然存在于细菌细胞外。尽管它们引起强烈的先天免疫应答，但宿主对象由于感染而未能自然产生针对家族成员的特异性抗体。细菌生物膜的主要问题是宿主免疫系统和/或抗生素和其他抗菌剂无法进入生物膜内受保护的细菌。

生物膜也存在于工业环境中。例如，从生产现场到加油站储罐，生物膜都涉及广泛的石油加工问题。在该领域中，减少硫酸盐的生物膜细菌会产生硫化氢（酸油）。在工艺流程中，生物膜的活动会形成粘液，这些粘液会阻碍过滤器和孔口。生物膜和生物膜生物还会引起管道和石油加工设备的腐蚀。这些问题可以在整个石油或天然气生产设施中表现出来，甚至可以在最终产品储罐的表面上发现积垢和腐蚀性生物膜生物。

在家庭中，在支持微生物生长的任何表面中或表面上存在生物膜，例如在下水道中、在食物制备表面上、在厕所中以及在游泳池和温泉中。

生物膜与家庭和工业的各种水处理有关。它们会在加工设备的表面上生长并阻碍设备的性能，例如传热的降低或过滤器和膜的堵塞。在冷却塔填料上生长的生物膜会增加足以导致填料塌陷的重量。生物膜甚至会腐蚀高度专业化的不锈钢。水处理过程中的生物膜会降低最终产品的价值。在饮用水分配系统中生长的生物膜可能会隐藏潜在的病原生物、腐蚀性生物或细菌，从而降低水的美观质量。

因此，需要突破生物膜的保护性屏障以治疗或杀死相关的细菌感染并从表面和水系统中清除它们。本发明满足了这种需求并且还提供了相关的优点。

概述

众所周知，细菌生物膜对现有的治疗方式具有顽强的抵抗力（例如，其对抗微生物剂的抵抗力比其浮游生物膜高1000倍）。由于生物膜介导的感染的可归因的死亡率和经济负担方面的高流行和巨大后果，迫切需要新颖的治疗方法。生物膜的定义特征之一是细胞外聚合物，其中嵌入了生物膜细胞。细胞外聚合物的关键成分是细胞外DNA和细菌DNABII蛋白质家族，它们对生物膜的结构完整性至关重要。靶向和隔离DNABII蛋白会破坏生物膜。高迁移率族B1（High Mobility Group B1，HMGB1）蛋白是一种与DNA结合的真核蛋白，与DNABII蛋白结合到相同的DNA结构上，从而导致细菌生物膜的破坏。HMGB1的衍生物可以经过改造，以具有相同的有效抗生物膜活性，但体积更小并且不会引起炎症。