放線菌來源活性天然產(chǎn)物發(fā)現(xiàn)研究進展

尚 坤, 閻瑾逸, 高君梅, 王 瑾, 李思穎, 閆祥祥, 黃小玉, 劉 晨, 岳昌武

(延安大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院 延安市微生物藥物創(chuàng)新及轉(zhuǎn)化重點實驗室,陜西 延安 716000)

微生物來源的抗生素類藥物在臨床治療病原菌感染和腫瘤等重大疾病方面發(fā)揮著重要作用,是抗生素的主要來源,具有非常好的臨床應(yīng)用前景(表1)[1]。由于近年來抗生素的濫用等原因?qū)е屡R床上出現(xiàn)的多藥耐藥甚至全耐藥菌株的數(shù)量和種類急劇增加,從2010年“超級菌NDM-1”全球火速擴散到2015年2月美國UCLA醫(yī)療中心爆發(fā)“超級菌”肆虐,這些耐藥超級菌嚴(yán)重威脅著人類的生命健康,已成為全球醫(yī)療衛(wèi)生領(lǐng)域面臨的一道亟待攻克的難題。抗生素權(quán)威Walsh曾指出,超級菌可讓致病菌變得無比強大,抵御幾乎所有抗生素,而且由于新抗生素的研發(fā)、上市速度嚴(yán)重滯后,可能會導(dǎo)致“超級菌”感染,10年內(nèi)將無藥可用[2]。由于細(xì)菌耐藥給全球臨床抗生素用藥帶來了巨大挑戰(zhàn),近年來,新抗生素的研發(fā)重新受到醫(yī)藥行業(yè)和各國政府高度重視。自21世紀(jì)以來,基因組學(xué)、代謝組學(xué)以及基因組編輯等技術(shù)的巨大進步,促使科學(xué)家們開始反思和改進抗生素研發(fā)策略,提出了許多諸如基于分子系統(tǒng)學(xué)、代謝組學(xué)以及基因組挖掘技術(shù)的新抗生素發(fā)現(xiàn)新策略,并取得了諸多進展。本文總結(jié)了20世紀(jì)起從放線菌中發(fā)現(xiàn)的重要活性天然產(chǎn)物及其策略和方法,對新時期放線菌來源抗生素的開發(fā)現(xiàn)狀、放線菌新菌株的篩選、放線菌來源天然產(chǎn)物快速鑒定、沉默基因簇等基因組挖掘的技術(shù)方法等進行綜述,以期為放線菌來源的活性天然產(chǎn)物的發(fā)現(xiàn)提供借鑒。

表1 已知天然產(chǎn)物及其合成類似物數(shù)量及應(yīng)用前景Table 1 Quantity and application prospect of natural products and their synthetic analogues

1 放線菌來源活性天然產(chǎn)物的開發(fā)現(xiàn)狀

放線菌來源的活性天然產(chǎn)物是抗生素的重要來源,目前發(fā)現(xiàn)放線菌來源的微生物生物活性物質(zhì)超過20 000個,其中抗生素活性天然產(chǎn)物超過13 800個,除了目前還在臨床上廣泛應(yīng)用的鏈霉素、卡那霉素、氯霉素等抗生素外,還包括免疫調(diào)節(jié)劑、受體拮抗劑以及酶、維生素、有機酸等生物活性物質(zhì)[1]。按照微生物天然產(chǎn)物開發(fā)歷程,可將放線菌天然產(chǎn)物的發(fā)現(xiàn)分為三個階段[3]:前30年(1940年代至1970年代)、第二個 30 年(1970 年代至 2000 年代)和2000 年代及以后。從表2可以看出,盡管進入新時期從普通生境中分離出新的放線菌種以及挖掘新的活性天然產(chǎn)物已變得越來越困難,放線菌來源的活性產(chǎn)物在微生物來源活性產(chǎn)物中的比重也在不斷降低(從早期的62%降到了目前的28.5%)。科學(xué)家們基于“新環(huán)境,新菌株,新產(chǎn)物”策略,從特殊生境或稀有放線菌中通過各種基因組挖掘等方法開發(fā)新型抗生素,并取得了積極成效。據(jù)Kemung等[4]統(tǒng)計,從1994年到2017年,通過鏈霉菌抗生素發(fā)現(xiàn)新策略,已從各種生境鏈霉菌中發(fā)現(xiàn)至少150種以上具有抗耐甲氧西林金黃色葡萄球菌(methicillin-resistantStaphylococcusaureus, MRSA)活性的藥物前導(dǎo)化合物,提示這不失為開發(fā)放線菌來源抗生素的重要途徑。

表2 1940年至2022年間報道的微生物活性產(chǎn)物的大致數(shù)量及比例[1]Table 2 Quantity and proportion of microbial active products reported from 1940 to 2010[1]

2 新時期典型生境放線菌來源活性天然產(chǎn)物的發(fā)現(xiàn)

進入21世紀(jì)以來,以高分辨質(zhì)譜等為代表的現(xiàn)代質(zhì)譜技術(shù)、代謝組學(xué)為代表的現(xiàn)代組學(xué)技術(shù)的巨大進步以及上述天然產(chǎn)物開發(fā)策略的調(diào)整,發(fā)現(xiàn)了一大批新型放線菌來源的抗生素。

2.1 大環(huán)內(nèi)酯類化合物

周啟輝[5]從高緯度北海海洋中分離出鏈霉菌(Streptomycessp.) R-527,并從中分離出9個(P1～P9)活性化合物,其中化合物P1～P4是大環(huán)內(nèi)酯類化合物,P5、P7、P8為開環(huán)類化合物。Li等[6]從東南極洲潮間帶沉積物中分離的稀有放線菌海沉淀菌(Marisediminicola) ZS314T中分離出具有很高抗菌活性的萜類、烷基間苯二酚、低聚糖或氨基酸衍生的大環(huán)內(nèi)酯類系列化合物[7]。

2.2 新型大環(huán)多烯內(nèi)酯類化合物

劉洋等[8]從威海近海海域分離出鏈霉菌(Streptomycessp.) B59菌株,運用OSMAC(one strain-many compounds,一株菌株,多個產(chǎn)物)方法挖掘出1種具有獨特環(huán)戊烯酮結(jié)構(gòu)存在的新型大環(huán)多烯內(nèi)酯類化合物B59-1,經(jīng)初步測試,化合物B59-1在50 μg/mL時抑制稻瘟病菌孢子萌發(fā),抑制率可達到100%。

2.3 生物堿類化合物

矯文策[9]從大連周邊海域分離的星海鏈霉菌(Streptomycesxinghaiensissp. nov.)中挖掘出具有良好抑制腫瘤細(xì)胞活性的含亞砜官能團的生物堿類次級代謝產(chǎn)物Xinghaiamine A。 周彪[10]分別從鏈霉菌(Streptomycessp.) DT-A56和鏈霉菌(Streptomycessp.)NB-A13的大米固體培養(yǎng)基和高氏液體培養(yǎng)基的培養(yǎng)物中分離出具有雙吲哚化學(xué)結(jié)構(gòu)的生物堿星孢菌素類化合物,其中從菌株DT-A56培養(yǎng)物中分離出15個化合物(化合物1～15),其中3個為新化合物(化合物1～3);從菌株NB-A13培養(yǎng)物中分離出19個化合物(化合物16～34),其中6個為新化合物(化合物16～21)。這些新化合物對前列腺癌和乳腺癌的治療具有潛在的應(yīng)用價值。

2.4 酰胺類化合物

孫金柱[11]從鏈霉菌(Streptomycessp.)strain nenu_DS_21分離出10個化合物(Ⅰ～Ⅹ),其中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅶ、Ⅸ化合物為苯甲酰胺類化合物,Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ為首次從自然界中分離出的酰胺類天然產(chǎn)物,Ⅹ號化合物為新的鏈型酰胺類化合物。該放線菌主要的次級代謝產(chǎn)物是化合物Ⅷ。抗菌實驗結(jié)果顯示,化合物Ⅷ對番茄灰霉病菌(Botrvtiscinerea)、水稻紋枯病菌(Rhizoconiasolani)、蘋果斑點落葉病菌(Pseudomonassp.)有一定的抑菌活性。

2.5 聚酮類化合物

Lü等[12-13]從梵凈山原始森林土樣中分離的鏈霉菌(Streptomycessp.) FJS31-2中得到發(fā)酵天然產(chǎn)物zunyimycins化合物(圖6),該系列抗生素對MRSA和腸球菌有較強的殺菌作用,還可抑制肝母細(xì)胞瘤、肺癌以及人胃癌細(xì)胞、黑色素瘤等多種癌細(xì)胞株的增殖,對抗腫瘤新藥的開發(fā)具有重要的意義[14]。Wyche等[15]從來自海洋的馬杜拉放線菌(Actinomadurasp.)WMMB-499中分離出了新型低毒抗真菌聚酮Forazoline A。

2.6 噻嗪類化合物

Fu等[16]從海洋來源放線菌綠藻(Actinomycetosporachlora) SNC-032中分離出了一種新的噻嗪和兩種新的噻唑衍生物,并將其命名為Thiasporines A～C。其中Thiasporines A具有獨特的5-羥基-2-苯基-4h-1,3-噻嗪-4-1核。Thiasporines A對非小細(xì)胞肺癌細(xì)胞H2122表現(xiàn)出中度的細(xì)胞毒作用。

2.7 環(huán)肽類化合物

郭俊夫[17]從海南島沿海淺海區(qū)生長的菌株綠色鏈霉菌(Streptomycesviridobrunneus) P10-16中純化出系列具有抗細(xì)菌、抗真菌、抗病毒、抗腫瘤等生物活性的環(huán)脂肽類的伊枯草菌素(Iturin A)類化合物GJF6-2、GJF6-3q、GJF6-3h、GJF6-4q以及GJF6-4h,這類化合物的疏水部分是由14～17個碳原子組成的β-氨基脂肪酸,親水部分是肽鏈,是由7個α-氨基酸通過由脂肪酸的氨基與C-末端氨基酸的羧基形成的酰胺鍵成環(huán)典型結(jié)構(gòu)[18]。

2.8 放線菌素類化合物

天然的放線菌素類化合物的發(fā)色團母核均為吩噁嗪酮,即2-氨基-4,6-二甲基吩噁嗪-3-酮-1,9-二羧酸。2011年,王強[19]從鏈霉菌(Streptomycessp.)IMB094和糖單孢菌(Saccharomonosporasp.) 7-98-1菌株的活性次級代謝產(chǎn)物中分離出4個放線菌素類化合物(化合物1～4),其中化合物1和2的生色團母核為罕見的噁唑并[4,5-b]吩噁嗪四環(huán)稠合結(jié)構(gòu),這種母核結(jié)構(gòu)在天然放線菌素中首次被發(fā)現(xiàn)。化合物1為新結(jié)構(gòu)化合物,命名為新放線菌素A。化合物2為首次發(fā)現(xiàn)天然放線菌素衍生物,命名為新放線菌素B。通過其抗菌活性測試結(jié)果顯示,新放線菌素A可以對耐甲氧西林金黃色葡萄球菌、甲氧西林敏感金黃色葡萄球菌(methicillin-susceptibleStaphylococcusaureus)、甲氧西林耐藥的表皮葡萄球菌(methicillin-resistantStaphylococcusepidermidis)等多種耐藥菌株具有中等的抗菌活性。并且對肺腺癌、結(jié)腸癌、肝癌等癌細(xì)胞具有較強的抗腫瘤細(xì)胞活性。

2.9 糖苷類化合物

保羅霉素(Paulomycin) 是對金黃色葡萄球菌(Staphylococcusaureus)和蠟樣芽胞桿菌(Bacilluscereus)等革蘭陽性細(xì)菌具有很強活性的抗生素,用于治療淋球菌和衣原體感染[20]。Sarmiento-Vizcaino等[21]在海底Avilés峽谷進行海洋考察時,從2 000 m的深海沉積物中分離出來的松木小單孢菌M-412中,分離出了一種沒有報道過的新的 Paulomycin G,該抗生素是一種新型的天然產(chǎn)物,結(jié)構(gòu)獨特,它是Paulomycin家族中第1個缺乏Paulomycase部分的抗生素,是報道的最小的生物活性的Paulomycin。該天然產(chǎn)物是第一個對不同的人類腫瘤細(xì)胞系,如對胰腺癌、乳腺腺癌和肝細(xì)胞癌的家族成員表現(xiàn)出強烈的細(xì)胞毒活性,Paulonycin G值得考慮作為進一步研究其抗癌潛力的候選藥物。

3 激活次級代謝基因表達促進抗生素合成

放線菌是抗生素的重要來源,其次級代謝途徑編碼基因表達與否直接決定了該次級代謝產(chǎn)物能否合成。Borodina等[22]分析了天藍色鏈霉菌(Streptomyxescoelicolor)A3(2)的近700個代謝相關(guān)基因在不同生理狀態(tài)下的表達狀態(tài),發(fā)現(xiàn)約有58%的代謝相關(guān)基因只有在特定環(huán)境狀態(tài)下才被誘導(dǎo)表達。如何有效激活“沉默”的次級代謝基因,最大程度發(fā)掘菌株的次級代謝潛力已成為當(dāng)前新抗生素開發(fā)研究人員面臨的重要課題。

目前針對放線菌的沉默基因激活主要有兩種策略,一種是在生理層面改變放線菌的生活環(huán)境,主要有混合培養(yǎng)、OSMAC、化學(xué)表觀遺傳調(diào)控、核糖體工程等策略。另一種是在基因?qū)用鎸虻闹苯硬僮?主要包括調(diào)控基因的遺傳操作、基因簇倍增以及異源表達等策略。

3.1 基于生理層面改變放線菌活性天然產(chǎn)物開發(fā)

混合培養(yǎng)是基于自然生態(tài)環(huán)境中的微生物往往處于多菌種共存的狀態(tài),模擬微生物野生生境,將分離菌株和MRSA共培養(yǎng),可能有利于增加次生代謝產(chǎn)物的多樣性及新生物活性物質(zhì)的發(fā)現(xiàn)機會。OSMAC策略是通過改變培養(yǎng)基營養(yǎng)成分、pH值、含氧量、溫度、培養(yǎng)方式等隨機地激活體內(nèi)相關(guān)基因表達,繼而改變菌株的代謝途徑來產(chǎn)生新的次級代謝產(chǎn)物或提高其產(chǎn)量,該策略簡單有效,是目前微生物次級代謝產(chǎn)物開發(fā)的重要手段。化學(xué)表觀遺傳學(xué)(Chemical epigenetics)是向培養(yǎng)基中添加外源性可影響菌株次級代謝途徑調(diào)控的胞外小分子化合物信號分子或DNA甲基化酶、去甲基化酶抑制劑、拓?fù)洚悩?gòu)酶抑制劑等,以改變?nèi)旧|(zhì)結(jié)構(gòu)或調(diào)控其次級代謝基因簇轉(zhuǎn)錄活性的化學(xué)物質(zhì)[23],啟動或抑制菌體內(nèi)的相關(guān)代謝通路,從而實現(xiàn)與體內(nèi)基因表達水平調(diào)控相同或相似的生物學(xué)效果。核糖體工程(Ribosome engineering)選用作用于核糖體的抗生素,通過菌株對相應(yīng)抗生素亞致死量的抗性等來篩選得到代謝途徑或代謝產(chǎn)物合成效率得到改造的突變株。核糖體工程可用于定向篩選獲得耐藥突變株,進而檢測這些耐藥株次級代謝能力的改變。以鏈霉素為例,鏈霉素作用靶點為細(xì)菌的核糖體組分,當(dāng)受到外界高濃度鏈霉素的選擇,部分菌株核糖體蛋白發(fā)生突變,成為耐藥菌株,而這些核糖體蛋白組分的突變往往能刺激或提高菌株內(nèi)部抗生素的生物合成[24]。基因的遺傳操作步驟較繁瑣,需要“因菌而異”地優(yōu)化遺傳操作條件,以適合于對遺傳背景較清楚的潛力菌株進行代謝潛力挖掘。而混合培養(yǎng)、OSMAC、表觀遺傳調(diào)控等天然產(chǎn)物挖掘策略,由于其操作便捷,則適合于對遺傳背景并不太清楚的菌株資源庫進行大規(guī)模、高通量挖掘。因此,如果能夠通過提供一個較為理想的發(fā)酵條件或通過在培養(yǎng)基中添加相應(yīng)的成分等手段,激活放線菌基因組中常規(guī)條件下處于沉默狀態(tài)的抗生素合成隱性基因,就可能有效地啟動其編碼的次級代謝產(chǎn)物合成,這將是獲得新型放線菌來源抗生素的重要途徑,這一觀點已得到大量研究結(jié)果的證實[25],延安市微生物藥物創(chuàng)新及轉(zhuǎn)化重點實驗室曾利用基因組挖掘技術(shù)結(jié)合OSMAC獲得Zunyimycins等系列具有很好抗MRSA活性新鹵化抗生素,表明這些方法的組合不失為一種有效的抗生素開發(fā)手段[12-14]。我國科學(xué)家在Ⅱ型聚酮的發(fā)現(xiàn)、生物合成機制及調(diào)控機制解析等方面取得了巨大成就,特別是張立新、向文勝和王為善等科學(xué)家提出了“精準(zhǔn)動態(tài)調(diào)控內(nèi)源三酰甘油(TAGs)提高聚酮產(chǎn)量工程策略”[25]被認(rèn)為“這是70年來首次在代謝水平上清晰闡明鏈霉菌初級代謝到次級代謝的代謝轉(zhuǎn)換機制并進行工程應(yīng)用”,利用該策略已成功實現(xiàn)了土霉素、杰多霉素等Ⅱ型聚酮的高產(chǎn)菌株的構(gòu)建,給低產(chǎn)抗生素的開發(fā)提供一條新的策略。

3.2 基于基因操作的放線菌活性天然產(chǎn)物開發(fā)

延安市微生物藥物創(chuàng)新及轉(zhuǎn)化重點實驗室利用次級代謝基因簇在線分析軟件antiSMASH[26]對天藍色鏈霉菌A3(2)基因組完成圖序列 (GenBank No.NC_003888.3)進行了次級代謝產(chǎn)物基因簇預(yù)測。結(jié)果表明,該基因組中至少蘊藏著25個獨立的次級代謝產(chǎn)物生物合成基因簇,這些基因簇在不同的條件下可能產(chǎn)生一系列的結(jié)構(gòu)類似物,極大地豐富了天藍色鏈霉菌的次級代謝產(chǎn)物產(chǎn)生潛力。截至2014年,已報道在天藍色鏈霉菌A3(2)中發(fā)現(xiàn)了17種天然產(chǎn)物[27],分析統(tǒng)計結(jié)果表明,目前已有14類次級代謝合成途徑編碼基因簇在天藍色鏈霉菌A3(2)中找到了與之相對應(yīng)的次級代謝產(chǎn)物,也就是說,經(jīng)過眾多科學(xué)家多年的努力,在鏈霉菌的模式生物中尚有11種基因簇未能找到與之相對應(yīng)的次級代謝產(chǎn)物。這更進一步說明,鏈霉菌的次級代謝潛力遠遠高于人們以前的預(yù)期 (即除了部分基因簇對應(yīng)于已知的活性天然產(chǎn)物外,尚有部分代謝途徑還沒有相應(yīng)的天然產(chǎn)物與之對應(yīng))。Hsiao等利用天藍色鏈霉菌A3(2)的次級代謝相關(guān)的基因芯片分析了阿維鏈霉菌(Streptomycesavermitilis)、卡特蘭鏈霉菌(Streptomycescattleya)、海洋鏈霉菌(Streptomycesmaritimus)和金黃色北孢菌(Kitasatosporaaureofaciens)等4株菌的基因組后,發(fā)現(xiàn)至少有23個次級代謝基因簇相關(guān)基因在這4株菌中均能找到[28],但從后3株菌中找到的相應(yīng)基因簇編碼合成的產(chǎn)物數(shù)量遠少于天藍色鏈霉菌A3(2)。科學(xué)家們開始著手對這些基因簇進行深入的開發(fā),期待對這些基因簇的激活挖掘能發(fā)現(xiàn)新的次級代謝產(chǎn)物。

放線菌次級代謝產(chǎn)物生物合成基因簇在實驗室培養(yǎng)環(huán)境的生理狀態(tài)下,往往是以沉默狀態(tài)存在,而且對于很多即使以活性狀態(tài)存在的次級代謝基因簇而言,其表達水平往往很低,這就給其相應(yīng)的產(chǎn)物純化和鑒定帶來很大困難。由于隱性基因簇可能編碼合成具有成藥潛力的新型化合物,因此激活或提高次級代謝隱性基因簇的表達水平對于發(fā)現(xiàn)新的次級代謝產(chǎn)物具有極大意義。人們將利用各種手段激活沉默基因簇的表達或者提高其表達水平的操作概稱為基因組挖掘(genome mining)。目前,常見的微生物基因組挖掘手段主要有抗終止、途徑特異性調(diào)控激活、基因簇倍增、組合生物合成、代謝工程等[29]。近年來發(fā)展的CRISPR-BEST[30]或aMSGE[31]等對相應(yīng)的蛋白編碼基因或調(diào)控序列進行遺傳操作也極大地提高了發(fā)現(xiàn)放線菌來源新抗生素的機會。

基于多拷貝基因簇可以大幅度提高編碼天然產(chǎn)物合成量,研究者可以利基因編輯技術(shù),將完整的生物合成基因簇克隆且定向定點地整合到放線菌基因組特定位點,為該產(chǎn)物高效生物合成創(chuàng)造條件。Liao等[32]將完整的Nikkomycin生物合成基因簇整合到產(chǎn)生菌異色鏈霉菌(Streptomycesansochromogenes) 7100基因組上,成功地獲得Nikkomycin高產(chǎn)菌株 (產(chǎn)量由340 mg/L提高到1 100 mg/L)。

組合生物合成 (Combinatorial biosynthesis)是在人們克隆得到大量的微生物次級代謝產(chǎn)物生物合成基因簇及對相關(guān)合成基因功能進行分析,以及了解其生物合成、調(diào)節(jié)等基因的基礎(chǔ)上,通過基因編輯等DNA操作技術(shù)在體外對這些不同來源的基因進行刪除、倍增、添加、取代以及重組,然后導(dǎo)入到一個適當(dāng)?shù)奈⑸锼拗髦胁⒍ㄏ蚝铣尚驴股鼗蚱渌恍┬碌纳砘钚晕镔|(zhì)的一種復(fù)雜、綜合性生物技術(shù)[33]。Basnet等[34]將clorobiocin的鹵化酶基因與novobiocin生物合成基因簇在天藍色鏈霉菌M152中共表達,并將甲基化酶NovO阻斷,成功獲得鹵化取代甲基的新鹵化物noclobiocin114。 Basnet等[34]將委內(nèi)瑞拉鏈霉菌(Streptomycesvenezuelae)來源的P450編碼基因pikC導(dǎo)入到erythromycin生物合成基因簇的eryBV編碼基因刪除的紅糖多孢菌(Saccharopolysporaerythraea)菌株中,進行異源表達獲得了與Erythromycin B具有相似的生物活性的新結(jié)構(gòu)類似物5-O-desosaminyl erythronolide B 和5-O-desosaminyl erythronolide A。Kunakom等[35]也關(guān)注到了Alessandra等將clorobiocin的鹵化酶基因與novobiocin生物合成基因簇的在天藍色鏈霉菌M152中共表達,并將該基因簇的甲基化酶NovO阻斷,成功獲得了糖基C3氨基被吡咯取代的新型化合物noclobiocin102。Han等[36]分別將參與糖基合成desIII、desIV、desI、desII、desV、desVI等基因與desVII/desVIII進行不同基因間組合整合入ermE啟動子調(diào)控下的pSET34質(zhì)粒載體,構(gòu)建了一系列的重組穿梭質(zhì)粒載體,并分別轉(zhuǎn)化敲除了糖基合成基因簇的委內(nèi)瑞拉鏈霉菌YJ003菌株,成功得到了正常的天然產(chǎn)物narbomycin及系列的衍生物。Minami等[37]利用參與次級代謝糖基化酶基因不保守性和識別糖基配體的寬容性合成新型糖基化修飾原理, 將Vicenistatin糖基化酶異源表達純化酶蛋白催化一系列的配醣體,得到了dTDP-vicenisamine修飾的系列衍生物。Myronovskyi等[38]將不同來源的糖基配體合成基因簇與糖基化酶基因的組合生物合成,通過異源組合表達成功實現(xiàn)angucyclines、aranciamycins等新化合物的系列突變衍生物合成。

4 展 望

盡管特殊生境來源放線菌資源收集結(jié)合生理水平和基因水平的天然產(chǎn)物挖掘已經(jīng)極大地增加了研究者通過基因組挖掘的方法獲得新次級代謝產(chǎn)物的機會,促進了放線菌活性天然產(chǎn)物開發(fā),但是,由于開發(fā)抗耐藥菌感染抗生素的過程異乎尋常地困難,很多研究者和制藥公司放棄了這方面的研究,2011 年輝瑞制藥關(guān)閉了其抗生素研發(fā)中心,也意味著抗生素開發(fā)泥土?xí)r代的落幕。目前,全球前18家最大的制藥公司中,已有15家徹底退出了抗生素市場,抗生素的開發(fā)前景這些問題被提上日程。后新冠肺炎疫情時代,由于SARS-Cov2可能在很長的時間內(nèi)將和人類社會共存,越來越多的證據(jù)表明,大量新冠肺炎患者在住院期間被診斷出患有繼發(fā)感染[39]。目前尚不清楚這些感染的具體原因,但有跡象表明,患有病毒性呼吸道感染的患者更易出現(xiàn)細(xì)菌感染,引起這些繼發(fā)感染的細(xì)菌是對多種藥物具有耐藥性的細(xì)菌[40]。后疫情新冠肺炎時代, 開發(fā)抗耐藥菌感染的新抗生素更應(yīng)該引起人們的重視。

抗耐藥菌抗生素的開發(fā)面臨諸多的技術(shù)瓶頸,針對耐藥靶點的高通量藥物篩選等技術(shù)的進步給包括放線菌來源的抗耐藥菌抗生素的開發(fā)帶來巨大的機遇[41-42],新抗生素的開發(fā)不再是對一個商業(yè)化的產(chǎn)物庫的簡單的篩選和抗菌效果驗證問題,而是需要充分考慮多方面技術(shù)綜合集成的多學(xué)科的充滿挑戰(zhàn)的工作[42-43]。將微生物表觀遺傳等技術(shù)引入放線菌天然產(chǎn)物開發(fā),抗生素痕量分析技術(shù)引入活性天然產(chǎn)物生物合成的檢測,天然產(chǎn)物結(jié)構(gòu)解析平臺及軟件的改進、代謝中間產(chǎn)物示蹤技術(shù)的發(fā)展、基因編輯及代謝工程的組合應(yīng)用[44-49]等可能會給放線菌來源抗耐藥菌感染抗生素帶來新的明天[50-51]。

致謝感謝陜西省自然科學(xué)礎(chǔ)研究計劃面上項目(2020JM-545,2020JM-550,2021JM-416)、大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃項目(D2019224,D2020146,D2020167,D2020161,202110719023)對本工作的支持。尚坤、閻瑾逸與高君梅對本工作有同等貢獻。