カルバペネムは最も強力なβ-ラクタム系抗菌薬であり、グラム陰性菌による医療関連感染症の主要な治療薬である。また、ほとんどのβ-ラクタマーゼによる加水分解を免れているが、カルバペネムに対して加水分解活性を示す酵素の出現によって、脅威が増している。認められている4つのβ-ラクタマーゼサブクラスのうち、class A（活性部位セリン酵素であり、共有結合的なアシレンザイム中間体を介してβ-ラクタムを加水分解する）は最も広く分布しており、その多くはカルバペネムと反応して長寿命のアシレンザイム複合体を形成する。しかし一部の酵素は、カルバペネム加水分解活性（カルバペネマーゼ）を有する。ここでは、各種のclass A β-ラクタマーゼのアシレンザイム複合体および四面体中間体（TI）について分子動力学（MD）シミュレーションを行い、これらの差異の基盤を調べる。シミュレーションにより、試験した酵素群のスペクトル全体にわたって触媒活性に関連する複数の特徴が明らかになった。具体的には、カルバペネムのアシレンザイムカルボニルにおけるより広範な相互作用、ならびに脱アシル化に備えるために活性部位に配置された水分子の寿命の一般的な増大である。動的軌跡の解析から、カルバペネマーゼではアシレンザイムとTIの間の二乗平均平方根変位（RMSF）の差が低下しており、それが活性部位に限定されないことが示された。これは、カルバペネム加水分解酵素ではアシレンザイム複合体が反応に向けて事前に配向・配置されている一方、カルバペネム阻害型酵素ではそうではないことを示す。同様に、アシレンザイムとTIの動力学に対する主成分分析（PCA）では、カルバペネマーゼにおいて2つの状態間の重なりが大きくなり、アシレンザイムの事前配向に関する追加の証拠が得られた。これらのシミュレーションは、比較的低い計算コストでカルバペネマーゼ活性をもつ酵素を同定できる有効な計算アッセイを表しうる。
https://doi.org/10.64898/2026.08.31.748333