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食源性致病菌引起的食物中毒及食品污染严重威胁着食品安全及人类健康。随着抗生素在养殖业中的过度使用,越来越多的致病菌在动物源食品中被检测出来,并通过食物链传递给人类,食用细菌污染的食物会引起食物中毒等多种食源性疾病。β-内酰胺类抗生素因其抑菌的广谱性、高效性、毒副作用小等特点成为人类对抗致病菌感染的重要武器,但耐药菌的出现严重限制了此类药物的应用。随着人们对食品安全问题的重视程度不断增加,加之全球范围内食源性致病菌所致感染率的不断上升,迫切需要提出防治耐药菌感染的新策略。B类β-内酰胺酶（metallo-β-lactamases,MBLs）的产生是菌体对β-内酰胺类抗生素耐药的重要原因之一,它可以水解β-内酰胺抗生素的β-内酰胺环,使药物失去抗菌活性。特别是新德里金属β-内酰胺酶（New Delhi metallo-β-lactamase,NDM-1）,几乎可以高效水解所有β-内酰胺类抗生素包括碳青霉烯类抗生素,介导细菌对所有β-内酰胺类抗生素耐药。虽然有关于NDM-1抑制剂的报道较多,但尚未有靶向NDM-1的药物可用于临床治疗中。因此,迫切需要以NDM-1为靶标进行耐药抑制剂的研发以协同抗生素治疗食源性致病菌所引起的食源性疾病及感染。本研究采用多种计算机生物学方法分别从小分子配体及受体蛋白两个方面对NDM-1抑制剂进行研究,以期为开发新型靶向NDM-1抗致病菌感染的耐药抑制剂提供研究思路及研究基础。具体研究结果如下:1.吡啶二羧酸（2,6-dipicolinic acid,DPA）及其衍生物对NDM-1抑制机制的研究。利用分子对接、分子动力学模拟、结合自由能分析以及量子化学计算等方法对NDM-1-化合物36及NDM-1-DPA两种复合物体系进行研究,在原子水平上揭示了化合物36及DPA对NDM-1的作用机制。研究结果表明,DPA及化合物36均可结合在NDM-1的催化水解活性区域。化合物36与NDM-1结合位点的氨基酸残基为His189,Cys208,Lys211,Met248,Ser249,His250,Ser251。由于苯胺基基团与氨基酸Lys211的相互作用,使得His189,Ser249,His250,Ser251可与化合物36间形成稳定的氢键相互作用。DPA其自身结构中缺少苯胺基基团,只能够与NDM-1活性区域中的Phe70,Asp124,Lys125,Lys211形成较弱的相互作用,从而导致其抑制NDM-1水解活性的IC50值为化合物36的5倍。2.吡啶二羧酸类NDM-1抑制剂的3D-QSAR,虚拟筛选及分子设计研究。首先对DPA类抑制剂构建Topomer CoMFA模型,并进行统计分析。结果表明所构建模型具有良好的拟合能力及预测能力,通过分析三维等势图,提出对化合物结构改造的要求。随后,利用Topomer Search对小分子数据库进行虚拟筛选及药物设计,得到10个具有较高的预测活性的NDM-1潜在抑制剂。并通过分子对接,分子动力学模拟,结合自由能计算等方法对新设计药物靶向NDM-1的作用机制进行分析。结果表明,新分子抑制剂均可竞争性的结合在NDM-1以Zn离子为中心的活性区域,Ile35,Met67,Phe70,Trp93,His122,His189,Cys208,His250是结合区域的关键氨基酸。3.卡托普利类（Captopril）NDM-1抑制剂的3D-QSAR,虚拟筛选及分子设计研究。首先对卡托普利类抑制剂构建Topomer CoMFA模型,统计分析结果表明构建模型具有较好的拟合能力和外部预测能力。随后,利用Topomer Search对ZINC数据库可进行虚拟筛选,并设计出40个新型卡托普利类NDM-1抑制剂,其中38个新分子抑制剂具有高于训练集化合物的预测活性。并通过分子对接,分子动力学模拟,结合自由能计算及量子化学等方法对新分子抑制剂与NDM-1的互作机制进行分析。结果表明,新分子抑制剂均可竞争性的结合在NDM-1以Zn离子为中心的活性区域,Ile35,Met67,Phe70,Val73,Trp93,Asn220,His250是结合区域的关键氨基酸。4.NDM-1小分子抑制剂的虚拟筛选及作用机制研究。利用计算机辅助药物设计的技术手段,以NDM-1为靶标对ZNIC数据库进行基于分子对接的虚拟筛选,对筛选的25个候选化合物进行酶水平的生物活性测试,最终得到ZINC05683641及ZINC25558277两个对NDM-1具有抑制活性的先导化合物,IC50值分别为13.59±0.52和18.93±1.03μM。随后经菌水平的生物活性测试,表明两个化合物均能够使表达ndm-1基因的BL21（DE3）菌株恢复对美罗培南的敏感性,且自身对菌株生长没有抑制作用。采用分子对接,分子动力学模拟及结合自由能计算等计算机生物学方法对潜在抑制剂与NDM-1的作用机制进行分析。结果表明,两化合物均可结合在NDM-1的活性区域,其中ZINC05683641可与活性位点氨基酸残基Ile35,Val73,Trp93,Cys208,Asn220,His250形成较强的相互作用,ZINC25558277则可与Ile35,Met67,Phe70,Val73,Trp93,Gly219,His250形成较强相互作用,作用机制均为竞争性抑制。随后利用氨基酸定点残基突变实验及荧光淬灭实验确证其竞争性抑制机制。综上所述,本研究以NDM-1为靶标,利用计算机辅助药物设计的手段,得到了新型NDM-1潜在抑制剂,并在原子水平上揭示了抑制剂与靶标蛋白NDM-1的作用机制,以期为开发新型高效的食源性致病菌耐药抑制剂提供理论研究基础。