2019年10月3日《科学》报道,美国普林斯顿大学的研究者发现微生物组是一个尚未开发的分子来源,研究者将生物信息学与合成生物学结合,去识别具有类似药物功能的生物活性小分子,有望对抗感染和治疗其他疾病过程。
人类微生物组是由大量居住在人类体内和体表的共生微生物组成,作为人体生态系统的一部分而存在。尽管近年来在阐明微生物对人类健康和疾病的影响方面取得了显著进展,但到目前为止,产生这些影响的潜在分子和及其作用机制在很大程度上仍未被探明。生物勘探研究是人类微生物群落研究领域的一个新领域。研究者认为人类微生物组是识别新药化学结构的宝贵资源。研究发现,临床使用的一类分子在人体微生物群系中广泛编码,它们对邻近的微生物具有强大的抗菌活性。该团队的研究重点是识别具有生物活性的微生物衍生分子,研究人类微生物群的效力以及这些微生物在未来抗菌药物开发中的潜在作用。
研究人员定制了一种计算机算法来搜索大量分子碎片,这种被称为元基因组生物合成基因簇(metagenome biosynthetic gene cluster,MetaBGC)的生物信息学方法,使他们能够发现以前从未报道过的来自人类微生物组的分子。研究重点关注来自口腔、肠道和皮肤的样本,这些生物部位富含微生物菌落。研究者发现了多种新酶——II型聚酮合成酶BGCs(简称TII-PKS BGCs),TII-PKS是抗癌药物阿霉素重要组成部分。研究测试来自世界各地的人类微生物组样本,发现他们都拥有这些分子的基因,这表明它们在人类中广泛存在。在发现的13种BGC中,有两种产物存在结构多样性,而且其结构和活性与临床使用药物很相似,这类物质的功能值得进一步研究。这些研究不仅将成为在分子水平上阐明微生物与宿主相互作用的重要途径,而且还将开启从人体微生物组中开发药物的全新模式。