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作者从云南采集土壤中分离出一种具抗菌活性的放线菌菌株，经基因组测序鉴定，分析其提取物中具抗菌活性的化合物，从基因组上确定产生抗菌物质的基因簇，比较活性/非活性形式推测是N琥珀酰化导致，再从其基因组中搜索N酰化酶，从一个隐性铁载体生物合成基因簇中找到这个酶，发现重组酶能令多种抗生素失活！
背景
抗生素是由某些细菌和真菌产生的次生代谢产物（SMs），它们不是生长、发育或繁殖所必需的，但在自然环境中，它们在争夺营养或抵御捕食者方面具有优势。编码SMs生物合成酶的基因通常在基因组中共域化，形成所谓的“生物合成基因簇(BGC)”。典型的BGCs包含负责分子骨架生物合成的“核心”基因、负责编码用于修饰分子骨架的酶的辅助基因、调节BGC表达的基因以及对内源性化合物进行自我保护的抗性基因。
放线菌属可产生数以千计的次生代谢产物(SMs)，其数目远远大于从这些微生物中已分离得到的化合物种类，目前发现的次级代谢产物可能仅是是“冰山一角”——约有50%的临床使用抗生素皆来源于此——可见微生物合成天然产物的能力远远超出目前所知。然而，许多基因簇在实验室条件下表达量极低或不表达，处于隐性(cryptic)状态，激活这些基因簇的表达将为发掘新的结构天然产物提供新的机遇。此外，放线菌能通过多种特殊机制保护自己免受内源性抗生素的毒性作用，例如生产红霉素的糖多孢红霉菌会产生ErmE蛋白、催化23s rRNA的甲基化，从而阻止红霉素与核糖体的结合并抑制蛋白质合成；生产四环素的土霉素链霉菌在四环素BGC中编码一种跨膜蛋白通道，通过将抗生素排放与质子导入耦合，将抗生素泵出细胞外。其他常见的耐药机制的例子包括通过水解或转移一种特定的化学基团来直接对抗生素进行酶改性，从而阻止抗生素与靶点结合。深入研究这类隐性“生物合成基因簇(BGC)”有助于揭示微生物耐药性的奥秘。
摘要
来自奥地利维也纳大学和云南大学等的研究人员对中国云南省采集的热带雨林土壤样品中分离得到的、具有抗菌活性的放线菌菌株YIM 121038进行测序分析。根据其形态和生理特性以及16S rRNA BLAST结果，YIM 121038分离株被鉴定为Streptomyces sp。YIM121038菌株与壮观链霉菌16S rRNA基因序列相似度为98.43%。测序结果显示其含有一个 10,130,554 bp 的线性染色体和一个 967,890 bp 的线性质粒，计算结果显示有 > 50 个假定的次级代谢物生物合成簇。
由于菌株 YIM 121038表现出抗菌活性，作者对其提取物进行重复的反相高效液相色谱 (HPLC) 分析，发现两种与抗菌活性相关的化合物，其中一种结构与抗生素沙漠霉素 A（desertomycin A）相同，另一种是比沙漠霉素 A多出一个N-琥珀酰化结构的非活性类似物，命名为沙漠霉素 X，desertomycin X。实验表明沙漠霉素 X不具有抗生素活性，因此推测这个N-琥珀酰化影响了其抗菌活性。
通过基因组测序分析进一步确定了菌株 YIM 121038中的desertomycin生物合成基因簇(BGC)，但发现它缺乏编码酰基转移酶的基因，无法解释沙漠霉素 X的产生。于是作者通过对基因组中搜索N-酰基转移酶基因，在一个隐秘的铁载体BGC (csb)中发现了一个编码N6 ' -羟基赖氨酸乙酰转移酶IucB的推测同源物候选基因。通过在大肠杆菌中表达密码子优化的基因CsbC，表达产物能够将沙漠霉素A转化为N-琥珀酰沙漠霉素A，并使其活性降低。此外，用重组CsbC对八种含氨基且结构不同的抗生素进行测试，随后进行生物测定和 LC-MS/MS 分析。结果粘菌素、卡那霉素、达托霉素、庆大霉素和氨苄青霉素在用 CsbC 处理后发生琥珀酰化并失去活性，而甲氧苄啶、四环素和万古霉素的抗生素活性没有发生显着变化。在生物测定中未测试乙硫异烟胺的抗微生物活性，并且仅用 LC-MS 分析了该化合物的琥珀酰化。不同于许多已知的涉及抗生素耐药性的N-酰基转移酶，CsbC不能有效地乙酰化相同的抗生素。当在大肠杆菌中表达时，CsbC对卡那霉素和氨苄西林具有低水平的耐药性，这表明它可能在抗生素浓度通常较低的自然环境中发挥抗生素耐药性的作用。
这项研究报告了一种参与铁载体生物合成的酶可能同时也具有修饰和灭活多种结构多样的抗生素的能力。这一发现揭示了细菌抵抗抗生素治疗的额外能力，并表明参与二次代谢的酶在自然环境中可能具有额外的功能。文章发表在新一期美国微生物协会期刊上。
