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一种天然的依赖肽抗生素结合细菌核糖体的E位点

Nature2026年6月3日 00:00

主要的微生物天然产品,特别是那些来源于放线菌的产品,在过去80年中一直是抗菌剂的重要来源。这些抗生素是通过测试其生产者的粗提取物抑制细菌生长的能力来识别的,这一策略被称为Waksman平台,以微生物学家Selman Waksman的名字命名,他开创了这项方法。尽管这一方法最初取得了显著成功,但随着常见化学骨架的频繁重新分离以及向目标导向的高通量筛选常规合成化合物的转变,其效用逐年下降。然而,多重耐药病原体的崛起与目标导向筛选和合成化学库在抗生素药物发现中的有限成功结合,重新点燃了人们对微生物天然产品作为新型抗微生物剂源的兴趣。对放线菌未开发基因组潜力的逐渐认识促使人们重新关注这些微生物作为新药线索的来源。链霉菌基因组显示富含可能编码抗菌化合物的生物合成基因簇(BGCs),但由于BGC表达水平通常较低、所产生的抗菌化合物之间存在一种主导、以及分析方法不足以区分,致使只有小部分此类化合物被分离。挖掘隐秘抗生素池的一种策略是改进天然产物提取物的分级,从而分离具有重叠活性的成分,例如两种无关的抗生素。在这里,我们报告应用这一策略发现一种具有未知作用机制的新抗生素。我们鉴定出一种新颖的环式依赖肽抗生素,称为manikomycin(MKM),其来源于已知自1950年起为著名抗生素土霉素的生产者的链霉菌。我们展示MKM表现出独特的作用机制:它结合细菌核糖体大亚基的E位点,并以特定上下文干扰转位。此外,我们发现MKM对耐药的革兰阴性病原体有效,并且不受在细菌临床菌株中发现的耐药机制的影响,从而为抗生素开发提供了一种新的化学骨架。在寻找新抗生素的过程中,我们筛选了来自我们的内部Wright放线菌收藏(WAC)库的255种细菌株的甲醇提取物,该库主要由从各种土壤样本中分离出的多样放线菌组成。WAC库被组装以最大化化学新颖性,并且提取物经过预分级以基于极性分离化合物,从而增加识别生物活性命中的可能性。命中组分随后经历了一种基于代谢组学的去重,以最小化对已知天然产物的重新发现。利用该库,我们筛选了对革兰阴性抗生素超敏感的大肠杆菌BW25113 ΔtolC ΔbamB的生长抑制。在来自链霉菌WAC 7405的提取物的进一步尺寸排阻色谱分离过程中,得到了不同排出的抗生素活性组分。全球天然产品社会(GNPS)分子网络分析质谱信号,比较串联质谱(MS/MS)碎片模式,以分组相关分子并通过公共光谱库快速识别已知化合物,在3、4和5号组分中识别出土霉素和美克霉素。相比之下,在活性组分1和2中未发现与已知化合物的匹配。随后对活性化合物的生物活性导向纯化确定了MKM家族,这是一组以前未知的阳离子环依赖肽。为了进一步检查其新颖性,我们在SciFinder和PubChem中进行了独立的基于结构的搜索;两个数据库均未包含与MKM骨架匹配或类似的分子。该化合物的名称来源于印地语和旁遮普语单词manik(意为珍贵的宝石),反映出其稀有性和独特的作用机制。最丰盛的是九肽MKM-A。MKMs的化学结构是通过质谱和1D/2D NMR光谱的组合确定的,并且通过Marfey分析验证了氨基酸的立体化学。较少的MKM变体包括九肽MKM-B、八肽MKM-C和MKM-D以及十肽MKM-E。MKMs是通过C末端组氨酸的羧基与侧链之间的酯键环化的依赖肽。

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