深海细菌中发现抗生素化合物候选物

赫尔辛基大学的科学家利用一种筛选技术，可以同时测试数百种未知化合物的抗毒力和抗菌作用，从而鉴定出从北冰洋无脊椎动物中分离出的放线菌中有希望的抗菌化合物。研究人员从海洋库克菌和红球菌中发现了两种可以抑制肠致病性大肠杆菌(EPEC)的毒力或生长的化合物。“……我们展示了先进的筛选试验如何从放线菌提取物中鉴定出抗毒力和抗菌代谢物，”赫尔辛基大学教授PäiviTammela博士说道，他是该团队在《微生物学前沿》上新报道的研究的通讯作者。“我们在北冰洋的放线菌中发现了一种可以抑制肠致病性大肠杆菌(EPEC)毒力而不影响其生长的化合物，以及一种生长抑制化合物。”该团队发表的研究题目为《从北冰洋海洋放线菌代谢物中对EPEC毒力抑制剂的生物勘探》。

作者写道，尽管抗生素是现代医学的关键，但我们仍然面临全球性的“抗菌危机”，因为越来越多的耐药菌株正在进化，而新型抗生素的发现速度却要慢得多。

研究团队继续说道，从历史上看，研究人员一直在天然产物中寻找抗菌化合物，特别是在其他微生物中。“相当多的抗菌剂来自细菌代谢物。同样，许多已知的抑制细菌毒性的化合物也来自细菌代谢物。事实上，研究人员表示，土壤放线菌产生了目前所有获准的抗生素的80%。然而，他们指出，“……在海洋、海底或海洋生物微生物群中发现的海洋放线菌作为可能的抗生素来源受到的关注要少得多，在毒力修饰化合物方面则更是如此。”

因此，作者认为，将研究重点放在其他栖息地的放线菌上可能是一种有前途的策略，尤其是如果这种研究能够产生既不会直接杀死细菌也不会阻止细菌生长，而只是降低其“毒性”或致病能力的新分子。这是因为目标致病菌株在这些条件下很难产生抗性。

“抑制细菌毒性是一种经过充分研究的替代方法，可以替代更传统的杀死微生物或抑制其生长的方法，”科学家解释道。“本质上，这个想法是使用药物干预来抑制致病分子的作用。在最好的情况下，经过治疗的病原体将无法引起症状，但仍然活着，因此不会轻易形成耐药性的选择压力。”研究小组指出，由于此类药物的特异性，它们对正常菌群的不良影响可能较小，而抑制细菌生长或活力的药物通常会对正常菌群产生不利影响。

在他们报告的研究中，Tammela和同事开发了一套方法，可以同时测试数百种未知化合物的抗毒力和抗菌作用。“我们的目标是设计和验证一种分离和自动筛选工作流程，用于微生物培养物中的馏分，并探索海洋细菌馏分中是否存在抑制毒力的化合物及其在药物开发中的潜在应用，因为提取物和提取物馏分的复杂性可能会干扰仅使用纯化学化合物开发和验证的筛选。”

他们针对的是一种EPEC菌株，这种菌株会导致5岁以下儿童出现严重腹泻，有时甚至会致命。研究人员指出，特别是在发展中国家，EPEC分离株还表现出多种不同形式的抗菌素耐药性。

EPEC通过粘附在人体肠道细胞上而导致疾病。一旦它粘附在这些细胞上，EPEC就会将所谓的“毒力因子”注入宿主细胞，劫持其分子机制，最终杀死它。“EPEC的毒力是由它粘附在肠细胞上并导致肠上皮细胞损伤引起的，这种损伤的特征是微绒毛被破坏，这种现象称为附着和消退(A/E)病变，”研究小组写道。“分泌因子中包括易位的肌动蛋白受体(Tir)，它对A/E病变的形成至关重要，”他们写道。

该团队测试了四种放线菌的化合物，这些化合物是从2020年8月挪威科考船KronprinsHaakon号在斯瓦尔巴群岛附近的北冰洋采集的无脊椎动物样本中分离出来的。然后培养细菌，提取其细胞，并将其内容物分离成各个部分。对每个部分进行了体外测试，以对抗粘附在培养的结肠直肠癌细胞上的EPEC，并对生物活性部分进行了进一步测试，以确定相关化合物。

“每种提取物都采用了三种生物活性筛选方法，”该团队进一步解释道。“这些方法包括1)测试其抑制Tir易位的能力、2)测试其防止肌动蛋白基座的能力，以及3)测试其抑制液体培养中EPEC生长的能力……然后进一步研究已识别的活性部分，以缩小其可能的作用机制并阐明活性化合物的化学结构。”

研究人员发现了两种具有强抗毒力或抗菌活性的未知化合物：一种来自红球菌属的未知菌株(称为T091-5)，另一种来自库克菌属的未知菌株(T160-2)。

这些化合物表现出两种互补的生物活性。一种是通过抑制EPEC细菌形成“肌动蛋白基座”，这是病原体附着在宿主肠道内壁的关键步骤。另一种是通过抑制EPEC与宿主细胞表面的Tir受体结合，这是重新连接其细胞内过程并引起疾病的必要步骤。

与T160-2中的化合物不同，T091-5中的化合物没有减缓EPEC细菌的生长。这意味着T091-5是两者中最有希望的菌株，因为EPEC不太可能最终对其抗毒力产生耐药性。“……对肠致病性大肠杆菌(EPEC)毒力的特定抑制可以提供一种替代传统抗生素方法的方法，有助于长期缓解抗菌素耐药性问题，”研究人员表示。

利用先进的分析技术，作者确定T091-5中的活性化合物很可能是磷脂：一类在细胞代谢中发挥重要作用的含磷脂肪分子。研究人员写道：“我们的发现包括生物测定引导的鉴定、基于HPLC-MS的去重复以及大磷脂和可能的抗菌肽的分离，证明了这种方法在筛选能够抑制EPEC毒力的化合物方面的实用性。”他们表示：“我们表明，这种工作流程确实可以识别这些微生物级分中的生物活性化合物。”

Tammela补充道：“接下来的步骤是优化化合物生产的培养条件，并分离足够量的每种化合物，以阐明它们各自的结构并进一步研究它们各自的生物活性。”