编辑推荐：
为解决天然产物发现难题，研究人员对链霉菌 sp. KL110A 进行研究，提出四环菌素合成机制，助力天然产物研究。
在微生物的奇妙世界里，细菌产生的天然产物（NPs）犹如隐藏的宝藏，具有多样的生物活性，在医药和农业领域发挥着重要作用。其中，链霉菌属（Streptomyces）是已知的重要天然产物来源，许多由它产生的分子被用于治疗人类疾病、保障动物健康和保护农作物。然而，随着基因组数据的不断增加，从海量的基因组和菌株中发现新化合物变得越来越困难。一方面，传统的发现新 NPs 的方法依赖于对稀有环境的广泛采样和基因组挖掘工作流程，但这容易导致重复发现已知化合物，消耗大量资源，限制了新化合物的发现进程。另一方面，虽然基因组挖掘工具能够识别和预测生物合成基因簇（BGCs）的产物，但直接对 NPs 进行表征还需要依靠基于 MS
2的代谢组学技术。因此，将基因组学和代谢组学数据关联起来，成为了一种有前景的策略，有助于减少已知和冗余化合物的筛选，提高新 NPs 的发现效率。
在这样的背景下，来自丹麦技术大学诺和诺德基金会生物可持续性中心以及墨西哥蒙特雷科技大学的研究人员开展了相关研究，研究成果发表在《World Journal of Microbiology and Biotechnology》上。
研究人员用到的主要关键技术方法包括：首先是菌株分离技术，从墨西哥坎佩切州卡拉克穆尔生物圈保护区的湿地中分离出链霉菌 sp. KL110A。其次是基因组测序、组装和注释技术，利用短读长和长读长测序技术相结合的方法对菌株进行测序，使用多种软件进行序列质量评估、组装和注释。然后是代谢组学分析技术，通过特定的培养基培养菌株，提取代谢产物，利用液相色谱 - 串联质谱（LC - MS/MS）进行分析，并使用多种工具进行数据处理和分子注释。
研究结果如下：
- 基因组特征和生物合成潜力鉴定：对链霉菌 sp. KL110A 进行基因组测序，得到了 8,705,038 bp 的基因组（GC 含量为 73.36%），共编码 7,482 个蛋白质等。通过分析发现该菌株基因组中编码约 23 个 BGCs，包括多种类型，如非核糖体肽合成酶（NRPS）、聚酮合酶（PKS）等。同时，通过与已知 BGCs 进行比较，发现了一些常见的 BGCs，但仍有许多 BGCs 无法与已知分子关联，这表明该菌株可能产生新的化合物12。
- 代谢组学分析：对链霉菌 sp. KL110A 在 BS 培养基中的代谢产物进行分析。起初在 GNPS 平台上未能注释到任何分子，后使用 Sirius 6.0.7 软件，注释到了四环菌素（tetrangulol），其相似度得分为 72.89%，还发现了四环菌素的中间产物四环霉素（tetrangomycin）。通过 MS - SNAP 网络分析，揭示了四环菌素与其他相关化合物之间的潜在联系34。
- 四环菌素的生物合成途径：在代谢组学数据中鉴定出四环菌素后，研究人员利用优化的 CORASON 管道在 KL101A 基因组中挖掘其 BGC，发现 contig 3.1 上的一个 BGC（注释为 lugdunomycin，相似度为 62%）与其他蒽环类化合物的生物合成机制相似。由此，研究人员提出四环菌素的生物合成遵循典型的 II 型 PKS 途径，经过一系列复杂的酶促反应，最终生成四环菌素56。
研究结论和讨论部分表明，该研究通过对链霉菌 sp. KL110A 的分离和代谢组学指导的基因组挖掘分析，不仅鉴定出了可能负责四环菌素生物合成的 BGC，还强调了整合组学数据集对于推进天然产物新生物合成途径发现的重要性。尽管在当前分析中存在一定局限性，如注释工具无法完全明确四环菌素的结构，但结合基因组和代谢组学数据为确定其结构提供了额外的支持。该研究还证明了即使在研究较多的分类群中，新的环境也可能蕴含新的生物合成途径。未来，利用真实标准品或互补技术（如 NMR 光谱）进行研究，对于验证这些发现至关重要。同时，这也凸显了更新和扩展光谱数据库的必要性，有助于未来对未探索菌株的生物合成能力进行更全面的表征，推动微生物天然产物研究领域的发展。
