近日，上海交通大学自然科学研究院/物理与天文学院Jakob P. Ulmschneider-Mayer教授课题组，通过全原子分子动力学模拟，结合生物物理湿实验，揭示抗菌肽PGLa以及Magainin 2形成膜孔的原子尺度机制。相关研究成果以“PGLa and Magainin 2 Can Porate Membranes via Transient Hourglass-Shaped Toroidal Pores”为题，于2026年1月4日发表在Journal of the American Chemical Society（JACS）上。

研究背景

抗菌耐药性已成为全球公共卫生领域面临的重大挑战，迫切需要突破传统抗生素的新型治疗策略。抗菌肽（Antimicrobial Peptides, AMPs）作为天然免疫系统的重要组成部分，广泛存在于多种生物体内，因其对细菌膜的高效破坏能力而被视为极具潜力的替代性抗感染药物。然而，长期以来，缺乏能够在原子尺度上解析膜活性肽瞬态行为的实验手段，严重限制了该领域机制层面的深入理解。

研究内容

近日，研究团队在JACS上发表研究论文，利用长时间尺度的全原子分子动力学模拟，系统研究了两种经典抗菌肽PGLa 和 Magainin 2（Mag2）及其等摩尔混合体系在细菌模型膜中的作用机制。尽管这两种抗菌肽已被研究数十年，其真实的成孔机理仍未完全阐明。

通过将模拟时间延长至 10 微秒以上，该研究首次在原子分辨率下直接捕捉到了抗菌肽的自发聚集过程及瞬态膜孔的形成。研究提出了一种“沙漏型”膜孔模型：抗菌肽从膜的上下两个叶层同时自组装，以双层堆叠的方式稳定孔结构。模拟结果清晰展示了抗菌肽选择性跨膜结合、膜孔形成与波动，以及最终闭合的全过程。

该研究充分展示了长时间尺度原子级分子动力学模拟在揭示复杂膜动力学过程中的独特优势，为理解抗菌肽的作用机制提供了前所未有的直接证据，也为面向抗菌耐药问题的肽类药物理性设计奠定了重要的理论基础。

作者简介

上海交通大学物理与天文学院博士研究生昝冰为论文第一作者及通讯，自然科学研究院/物理与天文学院Jakob P. Ulmschneider-Mayer教授（最后通讯）、英国国王学院Martin B. Ulmschneider教授、薛顿贺尔大学（Seton Hall University，美国）Gregory R. Wiedman教授、麻省理工大学Charles H. Chen博士共为通讯作者，薛顿贺尔大学博士研究生Akilah I. Mateen和 Belmin Kolenovic为文章的合作作者。本研究得到了国家自然科学基金、科技部重点研发计划、上海市自然科学基金，以及BBSRC和Wellcome Trust的资助。