從1928年第一種抗生素青霉素被英國科學家弗萊明發(fā)現(xiàn)，到1939年開始被應(yīng)用于抗細菌感染的治療，抗生素的發(fā)現(xiàn)和應(yīng)用為人類醫(yī)學帶來了劃時代的發(fā)展。然而微生物耐藥性的問題也隨之而來，具有多重耐藥性的超級細菌/真菌的出現(xiàn)，對人類健康帶來了新的挑戰(zhàn)。目前全球每年約有兩百萬人死于真菌感染，耐藥菌株如煙曲霉菌（Aspergillus fumigatus）及耳念珠菌（Candida auris）的跨地區(qū)傳播性及高致死率（50%）給社會健康造成了嚴重危害。面對微生物耐藥性的流行趨勢，研究和開發(fā)新型藥物及治療手段都迫在眉睫。
近日，美國威斯康星大學麥迪遜分?？茖W家在Science發(fā)表了題為“A marine microbiome antifungal targets urgent-threat drug-resistant fungi”的科學論文，研究采用代謝組學和基因組學相結(jié)合的方法，從紅樹海鞘中發(fā)現(xiàn)了對多種耐藥真菌有效的新天然產(chǎn)物turbinmicin。
1. 新型抗真菌藥物Turbinmicin被發(fā)現(xiàn)研究通過LC-MS代謝組學采集了1482種海鞘放線菌的化學信息，采用HCAPCA（hierarchical cluster analysis principal component analysis）挑選出174種具有化學多樣性的菌株，其中WMMC-415（turbinmicin的生產(chǎn)者）在PCA分析中顯示出化學差異性（圖1C）。隨后將174種菌株分離、培養(yǎng)，并提取其代謝物，每份菌株提取物被分餾成80份至于96孔板中，采用Candida albicans評估其抗菌效能，篩選出的提取物通過NMR及HRRSIMS進行結(jié)構(gòu)鑒定，通過過濾已知化合物、關(guān)注新型化學骨架，最終鑒定得到新天然產(chǎn)物turbinmicin。
圖1 Turbinmicin的發(fā)現(xiàn)2.Turbinmicin藥效及安全性探究
分別采取體外及體內(nèi)實驗對turbinmicin的抗真菌效能進行探究。在體外試驗中，turbinmicin對涵蓋了多種耐藥機制的常見病原真菌(如C. albicans, C. auris, Candida glabrata, Candida tropicalis, A. fumigatus等) 都顯示出有效的抗菌性（圖2A），能有效抑制多重耐藥菌C. auris的生長（圖2B）。小鼠模型實驗則顯示turbinmicin在生物體內(nèi)也能對C. auris及A. fumigatus都表現(xiàn)出劑量相關(guān)的抗菌效能（圖2D，2E）。而在體外紅細胞培養(yǎng)實驗（圖2C）及小鼠喂養(yǎng)實驗（1mg/Kg～256mg/Kg）中，turbinmicin都未顯現(xiàn)出毒副作用，初步驗證了其生物安全性。
圖2?Turbinmicin藥效及安全性探究3. Turbinmicin作用機理的研究
Turbinmicin對多種耐藥菌都表現(xiàn)出抗菌性，這說明turbinmicin可能具有與現(xiàn)有的抗真菌藥物都不相同的作用機制。研究先通過采取Chemical Genomics方法推定出turbinmicin可能的作用靶點——Sec14p蛋白（圖3A-C），隨后采取時間殺菌（C. albicans）實驗（圖3D），并觀察酵母GFP蛋白在不同培養(yǎng)條件下（有無turbinmicin）的轉(zhuǎn)運途徑（圖3E），證明turbinmicin能通過抑制Sep14蛋白干擾真菌的膜轉(zhuǎn)運功能來發(fā)揮抗菌作用。
1. 海洋動物來源的微生物代謝物呈現(xiàn)出與很多現(xiàn)有藥物不同的化學多樣性，這也給科學界在應(yīng)對超級細菌/真菌挑戰(zhàn)時一個尋找抗菌藥物的新視角。2. 結(jié)合現(xiàn)代化的多組學工具與傳統(tǒng)的高通量篩選的方式，先通過測序、基因功能預(yù)測的結(jié)果結(jié)合LC-MS代謝數(shù)據(jù)分析出靶標菌株，輔以病原微生物進行藥效篩選能更有效地發(fā)現(xiàn)得到具有新活性結(jié)構(gòu)的天然產(chǎn)物。
華大代謝組學結(jié)合本地標準品自建庫及mzCloud在線標準品數(shù)據(jù)庫，能對代謝物結(jié)構(gòu)進行更好的解析。樣本采用 Q Exactive 系列質(zhì)譜儀進行檢測分析，Q Exactive系列質(zhì)譜儀具有超高分辨率、超高質(zhì)量精度和極佳的穩(wěn)定性，能更有效地對樣本代謝數(shù)據(jù)進行平行分析。同時，華大也具有豐富的大樣本執(zhí)行經(jīng)驗，配備有高通量自動化樣本制備系統(tǒng)，單日樣本制備通量1000+例，結(jié)合嚴格的質(zhì)控體系，可實現(xiàn)大樣本的高質(zhì)量交付。
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