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古菌揭示潛在抗生素寶庫
作者：金予飛  來源：中國科學(xué)報
山東拓普生物工程有限公司  http://521google.com.cn
根據(jù)本周發(fā)表的兩份報告，古菌是生命之樹上最不為人所知的微生物分支，是研究新型抗生素的重要線索。古菌以其在極端環(huán)境（如熱泉和鹽堿地）中茁壯成長的能力而聞名，它們也與細(xì)菌共存于于多種環(huán)境中。現(xiàn)在，兩組研究人員認(rèn)為，這種鄰近的關(guān)系可能促使數(shù)百種古菌進化出獨特的化學(xué)防御能力，其中一些能夠殺滅對傳統(tǒng)抗生素產(chǎn)生耐藥性的致病菌。盡管這些古菌化合物尚未被證實可直接作為藥物，但研究結(jié)果強調(diào)這類微生物有望成為抗生素開發(fā)的寶藏庫。
相關(guān)研究發(fā)表在《自然微生物學(xué)》和《公共科學(xué)圖書館-生物學(xué)》上，美國麻省理工學(xué)院專注于抗生素發(fā)現(xiàn)的生物工程師Jim Collins說：“我們此前忽視了古菌的研究。” 古菌沒有與細(xì)菌相同的外圍細(xì)胞壁，也沒有真核生物的獨立細(xì)胞核和膜結(jié)合細(xì)胞器�，F(xiàn)基于這些古菌與細(xì)菌和真核生物的遺傳和生化差異，曾被認(rèn)為是細(xì)菌的古菌被認(rèn)為是一個獨立的域。然而，古菌、細(xì)菌和單細(xì)胞真核生物在許多環(huán)境中都生活在一起，比如在人的消化道中參與甲烷生成，在白蟻的后腸中輔助分解木材。英國牛津大學(xué)生物化學(xué)家 Tobias Warnecke指出："若同處一個生態(tài)位，它們之間理應(yīng)不能和諧共處。"
為探究潛在沖突是否會促使古菌產(chǎn)生抗生素，美國賓夕法尼亞大學(xué)的生物分子工程師Cesar de la Fuente領(lǐng)導(dǎo)的研究人員訓(xùn)練了一種人工智能（AI）算法來掃描古菌蛋白質(zhì)組——生物體全部蛋白質(zhì)的完整氨基酸序列。他們尋找具有抗菌特性的加密肽，這類蛋白質(zhì)片段通常由大蛋白質(zhì)分解產(chǎn)生。最后在掃描的233種古細(xì)菌蛋白質(zhì)組中，發(fā)現(xiàn)了超過12600種可能加密肽。
研究團隊進一步團隊合成了80個最具潛力的肽，研究結(jié)果顯示93%的肽在體外對金黃色葡萄球菌和肺炎克雷伯菌等危險的人類病原體表現(xiàn)出抗菌活性。進一步的體外研究表明，大多數(shù)抗菌肽通過使細(xì)菌內(nèi)部細(xì)胞質(zhì)膜去極化來殺菌，這與常見抗菌肽破壞細(xì)胞外膜的策略截然不同
在今天發(fā)表在《公共科學(xué)圖書館-生物學(xué)》上的另一項研究中，Warnecke和他的同事從另一個方向研究了古菌的抗菌作用。細(xì)菌不同于古菌，其細(xì)胞質(zhì)膜外包裹著一種叫做肽聚糖的多肽聚合成的網(wǎng)狀壁。因此，他們想探究古菌是否含有可降解肽聚糖的水解酶，以保護自己免受細(xì)菌入侵。事實上，研究小組在他們調(diào)查的3700多種古菌中發(fā)現(xiàn)了5%的酶，蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)分析表明，許多酶會被分泌至細(xì)胞外，Warnecke研究小組甚至發(fā)現(xiàn)，某些古菌具備類似注射器的分子注射器，用于向細(xì)菌遞送蛋白質(zhì)。實驗室測試中，一些水解酶會瓦解細(xì)菌的肽聚糖并致其死亡。
Warnecke和de la Fuente均強調(diào)，新發(fā)現(xiàn)的酶和肽距離臨床藥物仍相距甚遠(yuǎn)。但他們一致認(rèn)為，古菌中還有更多的抗生素資源有待發(fā)現(xiàn)。Warnecke總結(jié)道：“這可能只是冰山一角�！�
相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1126/science.zlxtqg8
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