從1928年第一種抗生素青霉素被英國科學(xué)家弗萊明發(fā)現(xiàn)，到1939年開始被應(yīng)用于抗細(xì)菌感染的治療，抗生素的發(fā)現(xiàn)和應(yīng)用為人類醫(yī)學(xué)帶來了劃時(shí)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(xì)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(yán)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(xué)麥迪遜分?？茖W(xué)家在Science發(fā)表了題為“A marine microbiome antifungal targets urgent-threat drug-resistant fungi”的科學(xué)論文，研究采用代謝組學(xué)和基因組學(xué)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(xué)采集了1482種海鞘放線菌的化學(xué)信息，采用HCAPCA（hierarchical cluster analysis principal component analysis）挑選出174種具有化學(xué)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(xué)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(jìn)行結(jié)構(gòu)鑒定，通過過濾已知化合物、關(guān)注新型化學(xué)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(shí)驗(yàn)對turbinmicin的抗真菌效能進(jìn)行探究。在體外試驗(yàn)中，turbinmicin對涵蓋了多種耐藥機(jī)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(shí)驗(yàn)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(xì)胞培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)（圖2C）及小鼠喂養(yǎng)實(shí)驗(yàn)（1mg/Kg～256mg/Kg）中，turbinmicin都未顯現(xiàn)出毒副作用，初步驗(yàn)證了其生物安全性。
圖2?Turbinmicin藥效及安全性探究3. Turbinmicin作用機(jī)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(jī)制。研究先通過采取Chemical Genomics方法推定出turbinmicin可能的作用靶點(diǎn)——Sec14p蛋白（圖3A-C），隨后采取時(shí)間殺菌（C. albicans）實(shí)驗(yàn)（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(yùn)途徑（圖3E），證明turbinmicin能通過抑制Sep14蛋白干擾真菌的膜轉(zhuǎn)運(yùn)功能來發(fā)揮抗菌作用。
圖3?Turbinmicin抗真菌作用機(jī)制的探究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(xué)多樣性，這也給科學(xué)界在應(yīng)對超級細(xì)菌/真菌挑戰(zhàn)時(shí)一個(gè)尋找抗菌藥物的新視角。2. 結(jié)合現(xiàn)代化的多組學(xué)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(biāo)菌株，輔以病原微生物進(jìn)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(xué)結(jié)合本地標(biāo)準(zhǔn)品自建庫及mzCloud在線標(biāo)準(zhǔn)品數(shù)據(jù)庫，能對代謝物結(jié)構(gòu)進(jìn)行更好的解析。樣本采用 Q Exactive 系列質(zhì)譜儀進(jìn)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(jìn)行平行分析。同時(shí)，華大也具有豐富的大樣本執(zhí)行經(jīng)驗(yàn)，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(yán)格的質(zhì)控體系，可實(shí)現(xiàn)大樣本的高質(zhì)量交付。
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