古菌为发现抗生素提供新来源

AI筛查在古菌中发现了潜在抗生素，包括那些存在于美国黄石国家公园热泉中的物种。

本报讯 两项研究指出，作为生命之树上最不为人熟知的微生物分支，古菌将成为研究新型抗生素的重要线索。古菌以在热泉和盐碱地等极端环境中茁壮成长的能力而闻名，它们与细菌共存于多种环境中。现在，两个研究团队认为，这种关系可能促使数百种古菌进化出独特的化学防御能力，其中一些甚至能杀灭对传统抗生素具有耐药性的细菌。尽管古菌化合物距离成为药物还很远，但研究结果表明，这些微生物有望成为开发新型抗生素的宝库。相关研究近日发表于《自然-微生物学》和《公共科学图书馆-生物学》。

“我们此前忽视了古菌的研究。”美国麻省理工学院的生物工程师Jim Collins说。古菌没有与细菌相同的外围细胞壁，也缺乏真核生物的独立细胞核和细胞器。基于这些遗传与生化差异，古菌被认为是一个独立的域。然而，古菌、细菌和单细胞真核生物常共存于同一环境中，比如它们在人体消化道中参与甲烷生成、在白蚁后肠中帮助分解木材。英国牛津大学的生物化学家Tobias Warnecke指出：“如果生活在同一个生态位，它们不一定会和谐共处。”

为探究潜在冲突是否会促使古菌产生抗生素，美国宾夕法尼亚大学的生物分子工程师Cesar de la Fuente领导的团队训练了一种人工智能算法，用于扫描古菌蛋白质组，即生物体全部蛋白质的完整氨基酸序列。该算法专门搜寻具有抗菌特性的加密肽，这类蛋白质片段通常由大蛋白质分解产生。在扫描了233种古菌蛋白质组后，他们最终发现了至少1.26万种潜在加密肽。

研究团队进一步合成了80个最具潜力的肽。研究结果显示，其中93%的肽在体外对金黄色葡萄球菌和肺炎克雷伯菌等人类病原体表现出抗菌活性。进一步研究表明，大多数抗菌肽通过使细菌的内细胞质膜去极化来杀死细菌，这与常见抗菌肽破坏细胞外膜的策略截然不同。

在另一项研究中，Warnecke和同事从另一个方向研究了古菌的抗菌作用。与古菌不同，细菌的细胞质膜外包裹着一种名为肽聚糖的多肽。因此，他们想探究古菌是否含有可降解肽聚糖的水解酶，以保护自己免受细菌入侵。在分析了3700多种古菌后，研究人员发现其中5%的酶是水解酶。蛋白质结构分析表明，许多酶会被分泌到细胞外。研究甚至发现，某些古菌拥有分子“注射器”，能够向细菌递送蛋白质。实验室测试证明，一些水解酶会瓦解细菌的肽聚糖并致其死亡。

研究人员强调，新发现的酶和肽距离临床应用还有很长的一段路要走。同时他们认为，古菌中还有很多抗生素资源有待发现,“这可能只是冰山一角”。（金予飞）

相关论文信息：

https://doi.org/10.1371/journal.pbio.3003235

https://doi.org/10.1038/s41564-025-02061-0