短杆菌肽因其由短芽孢杆菌(Bacillus brevis)的培养物中提取，又都是多肽类物质而得名。短杆菌肽通常是由短芽孢杆菌中提取的一类物质的总称（如短杆菌肽A，短杆菌肽B，短杆菌肽C，短杆菌肽D，短杆菌肽S等），这类物质均为抗生物质，其抗菌机理几乎都是改变细胞质膜的通透性，以至破坏膜的双层结构，使胞内物质外漏而致细胞死亡。
图1 短杆菌肽对钾离子运输的通道模型
基本介绍
图2 短杆菌肽的化学结构式
短杆菌肽是一类离子载体抗生素的混合物。其中，短杆菌肽A、B和C的比例为80%、5%和15%。每种肽有两种亚型（isoform）。短杆菌肽可以从土壤细菌 （Brevibacillus brevis）提取出来。短杆菌肽是含有15个氨基酸的线性短肽，其中氨基酸既有L型也有D型的，这暗示在生命起源早期，生物应该是不严格区分手性的。其组成的二聚体结构可以作为离子通道，导致离子外流，从而杀死细胞。
发现历史
1939年，勒内·杜博斯（René Dubos）分离出短杆菌素（tyrothricin）后来发现，它是短杆菌肽（gramicidin）和短杆菌酪肽（tyrocidine）的混合物。值得一提的是，短杆菌肽（gramicidin D）中的字母D代表“Dubos”。1964年，Reinhard Sarges和Bernhad Witkop确定短杆菌肽A的序列。1971年，D. W. Urry推测短杆菌肽是二聚头接头结构（head-to-head）。1993年，利用核磁共振技术（NMR）解析出了短杆菌肽在脂双层中的头接头二聚体结构。短杆菌肽是微生物利用非核糖体多肽合成酶合成的短肽。它们被认为是远古时代的遗迹，可以为生命起源早期肽的合成提供一个很好的模型。现代蛋白质一般只包括L型的氨基酸，而短杆菌肽却包括了两种手性的氨基酸，既有L型，也有D型。这暗示在生命起源早期，某些种类的生物并不严格区分手性的，而是灵活利用环境中已有的资源来构建自己。只不过后来单一手性的蛋白质更有竞争力，这些混合手性的也就逐渐退出了进化的历史。
结构特点
短杆菌肽是短杆芽孢菌在芽孢形成过程中合成的一组憎水十五肽, 它能在脂双层膜上形成一价阳离子通道, 允许一些一价阳离子通过。短杆菌A、B和C是非核糖体短肽，因此也没有任何基因对其进行编码。它们包括15个L和D的氨基酸。其序列为:甲酸基-L-X-Gly-L-Ala-D-Leu-L-Ala-D-Val-L-Val-D-Val-L-Trp-D-Leu-L-Y-D-Leu-L-Trp-D-Leu-L-Trp-乙醇胺，Y在A中是L-色氨酸, 在B中是L-苯丙氨酸，在C中是L-酪氨酸。X代表不同的亚型，主要是 L-缬氨酸和L-异亮氨酸。异亮氨酸亚型占大约5%。D型和L型的氨基酸的交替模式对于短杆菌肽形成螺旋（helices）结构是非常重要的。这些螺旋一般是会出现头对头的二聚体。特别是有机溶剂中，两个短杆菌肽也可以形成反平行或者平行双螺旋线。二聚体足够长，因此可以横跨细胞纸质双层，作为离子通道发挥功能。[1]
药效活性
短杆菌肽是离子载体。其二聚体形式可以在细胞膜或者细胞器膜上形成离子通道。无机的单价离子例如钾和钠，可以通过扩散自由地出入这些离子通道。这就消除了膜内外的离子浓度差，因此可以杀死细胞。例如，离子泄露会影响线粒体ATP的生产，使得能量供应出现问题。[2]
应用
以短杆菌肽为例，其作为脂溶性物质，两个短杆菌肽分子会形成二聚体并以左手螺旋构型构成跨膜通道。该通道能够结合特定阳离子，并将其从细胞膜的一侧转运至另一侧，因此被称为离子抗生素。这种作用机制会干扰细胞正常的新陈代谢活动，导致细胞生长受到抑制甚至死亡。短杆菌肽对革兰氏阳性菌具有显著抗菌效果，对炭疽杆菌、产气荚膜梭菌、肺炎双球菌和金黄色化脓微球菌等病原菌表现出良好的抑制活性。然而，短杆菌肽仅在高浓度条件下才对某些革兰氏阴性菌产生抑制作用。虽然短杆菌肽对人体细胞均有潜在的致命威胁，但是这不妨碍它们作为局部抗生素药物使用，因为细菌对短杆菌肽的耐受度更低，在较低的浓度下，细菌就会死亡。短杆菌肽不能用于全身治疗，因为过量摄取会导致溶血，而且对肝脏、肾脏、脑膜以及嗅觉系统都有不同程度的毒害。
参考文献
[1] 郭继东等. 短杆菌肽在十八烷基硫醇自组装单层膜上的通道行为[J].高等学校化学学报, 2002, 23: 3.
[2] Kessler N, The linear pentadecapeptide gramicidin is assembled by four multimodular nonribosomal peptide synthetases that comprise 16 modules with 56 catalytic domains, The Journal of Biological Chemistry 2004 279 : 7413.