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深海海绵可能是抗生素耐药的关键

2019-08-15 52放线菌

对抗生素的耐药性正在上升,迫切需要开发新的药物来治疗对全球人类健康构成重大威胁的传染病。佛罗里达大西洋大学海港海洋学研究所的研究人员也许可以利用从海洋深处收集的海绵来解决这个问题。

深海海绵可能是抗生素耐药的关键

天然的抗生素来源:放线菌

30多年来,佛罗里达大西洋大学海港海洋学研究所的科学家们利用载人潜水器等方法,在美国东海岸、墨西哥湾、加勒比海以及欧洲和非洲的深水区积累了大量的海绵和其他大型生物。这些标本中有许多含有大量的微生物,其中一些可以在实验室条件下生长。海港分局的海洋微生物收集中心收集了大约19,000种不同的微生物,其中11,000种来自45米以上的海洋深处。该系列包含超过1000株放线菌,是生产天然产品最多产的微生物群之一。放线菌产生了目前使用抗生素药物的一半以上。

在一项发表在《微生物学前沿》(Frontiers In Microbiology)杂志上的新研究中,海港海洋学研究所的科学家们检测了来自这些海洋样本的50株放线菌,以寻找新的抗感染药物。所有这些菌株都是从海洋海绵中培养出来的。由于它们来自不同环境和地理位置收集的各种海绵宿主,其中许多可以被认为是罕见的放线菌。

深海海绵可能是抗生素耐药的关键

研究内容

研究人员对这些样本的代谢物进行了筛选,以对抗一组致病菌。致病菌是与医疗保健相关的感染的常见原因,被列为对人类健康最严重的威胁之一。病原体包括白色念珠菌、金黄色葡萄球菌、耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(MRSA)和艰难梭菌。艰难梭菌是一种危及生命的腹泻病,仅在美国每年就有45.3万例病例和2.9万人死亡。

在这项研究中,研究人员使用稀土盐,这是一种高效且易于使用的化学诱导剂,可以在他们检测的50株放线菌中触发休眠的次级代谢能力。

深海海绵可能是抗生素耐药的关键

研究结果

研究结果表明,半数以上的菌株在至少一项检测中表现出抗菌活性,表明该放线菌群具有生产抗菌天然产物的潜力。其中,一些菌株被鉴定为具有强大的抗真菌活性,抗MRSA 活性,以及抗真菌和抗菌活性。这项研究的一个关键发现是鉴定出了一种菌株,这种菌株产生的代谢物比细菌抗生素万古霉素对艰难梭菌更有效。

“我们已经发现深海微生物,特别是放线菌,是发现抗感染药物的一个有吸引力的未开发的来源,”研究人员表示。“此外,我们在这项研究中使用的微生物的多样性和它们的起源是相当新颖的。最令人兴奋的是在这类研究中使用诱导剂的重要性得到了证明,因为50%的菌株显示了诱导剂对抗菌活性的影响。”

研究意义

美国疾病控制和预防中心(CDC)和世界卫生组织(WHO)都发布了优先病原体清单。2017年,美国疾控中心首次列出18种耐药细菌对美国的威胁,世界卫生组织将12个细菌家族列为对人类健康最大的威胁。

参与本次研究的研究人员表示:“海洋天然产物是一种越来越有吸引力的新型抗感染药物来源。”“当我们在寻找新的病原体时,寻找新的类群作为新的来源是至关重要的,但同样重要的是找到充分利用这些微生物遗传潜力的方法。”我们正在努力识别更多的新化学物质,并测试它们的活性和作用模式,最终目标是从海洋微生物中识别出有效的药物线索。”

研究人员正在对其他生物活性化学物质进行纯化和结构鉴定,并确定了他们研究的三种菌株的基因组序列。他们目前正在分析和研究潜在的生物合成基因簇和基因-化合物关系。

传染病仍然是人类健康的一大威胁,在世界范围内造成数百万人死亡,特别是在医疗欠发达国家和地区。2016年,估计有120万人死于结核,103万人死于艾滋病毒/艾滋病,71.96万人死于疟疾。多药耐药性的流行使这一情况明显恶化。虽然万古霉素、甲硝唑、非达霉素或硝唑嗪等治疗药物是可用的,但由于对肠道微生物的耐药性或毒性,迫切需要新药物,特别是那些光谱较窄的药物。

引用

Florida Atlantic University. "Deep-sea marine sponges may hold key to antibiotic drug resistance." ScienceDaily. ScienceDaily, 19 June 2018.
www.sciencedaily.com/releases/2018/06/180619123013.htm.

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