NaBr添加OSMAC策略激活深海真菌Talaromyces amestolkiae HDN21-0307发现新型细胞毒性萜类化合物

《Tetrahedron》：Discovery of new cytotoxic terpenoids from Talaromyces amestolkiae HDN21-0307 through NaBr-supplemented OSMAC strategy

本研究针对深海真菌Talaromyces amestolkiae HDN21-0307次级代谢产物开发不足的问题，通过NaBr添加的OSMAC策略成功激活其沉默基因簇，分离得到3个新萜类化合物（包括talaroterpene A、chrodrimanin U和preaustinoid A8）和1个新天然产物。研究发现化合物8对金黄色葡萄球菌具有抗菌活性（MIC=8.0 μg/mL），化合物3和8对NCI-H446/EP细胞展现显著细胞毒性（IC50分别为6.9和8.2 μM），为海洋真菌来源活性天然产物开发提供了新思路。

　　

在浩瀚的海洋深处，隐藏着无数微生物宝库，其中深海真菌因其独特的生存环境而具备特殊的代谢潜能。萜类化合物（terpenoids）作为天然产物中最大的家族，已有超过9万种被鉴定，在药物研发领域占据重要地位。然而，许多微生物的次级代谢基因簇在常规培养条件下处于"沉默"状态，这严重限制了新型活性化合物的发现。特别是来自深海底栖沉积物的真菌Talaromyces amestolkiae，虽然前期研究从中获得了苯腙类生物碱，但其萜类化合物的代谢潜力远未充分挖掘。

针对这一挑战，中国海洋大学医药学院的研究团队在《Tetrahedron》上发表了一项创新性研究。他们采用了一种名为"一株菌多化合物"（One Strain Many Compounds, OSMAC）的策略，通过在培养基中添加NaBr来激活真菌的沉默基因簇。这种方法基于一个有趣的现象：卤化物（如NaBr）的添加可能触发微生物为恢复渗透压平衡而激活不同的生物合成途径。

研究人员首先通过高效液相色谱（HPLC）分析发现，在添加NaBr的培养基中，真菌产生了明显不同的代谢产物峰。这一发现促使他们进行大规模发酵，最终从深海冷泉沉积物来源的Talaromyces amestolkiae HDN21-0307菌株中成功分离出10个化合物，包括3个新萜类化合物：环己烯酮萜类似物talaroterpene A（1）、meroterpenoid类化合物chrodrimanin U（3）和preaustinoid相关meroterpenoid化合物preaustinoid A8（8），以及1个新的天然preaustinoid相关meroterpenoid（9）和6个已知化合物。

关键技术方法包括：OSMAC培养策略、色谱分离技术（硅胶柱色谱、ODS、Sephadex LH-20）、波谱分析（NMR、HRESIMS）、量子化学计算（ECD计算、比旋光度计算）以及活性评价（抗菌实验、细胞毒性实验）。菌株来源于中国南海深海底栖沉积物。

2.1. 化合物1-10的分离与表征

通过系统的色谱分离和波谱分析，研究人员详细解析了三个新化合物的结构。化合物1（talaroterpene A）是一个具有环己烯酮结构的萜类化合物，其绝对构型通过ECD计算确定为2R,3R,16R。化合物3（chrodrimanin U）的特殊之处在于其E环为苯环结构，这是首次发现具有苯环作为E环的meroterpenoid化合物，其构型通过比旋光度计算和ECD计算确定为5R,6S,7S,8R。化合物8（preaustinoid A8）与已知化合物preaustinoid A7结构相似，但多了一个甲氧基，其绝对构型通过ECD计算确定为4R,5S,7R,9S,11R,12S,15R。

2.2. 化合物1、3、8和9的抗菌活性和细胞毒性

活性测试结果显示，化合物8对金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）表现出特异性抗菌活性，最小抑菌浓度（MIC）为8.0 μg/mL。在细胞毒性方面，化合物1、3和8对K562细胞均显示出较弱活性，IC₅₀值分别为19.7、15.4和11.9 μM。特别值得注意的是，化合物3和8对NCI-H446/EP细胞（一种肺癌多药耐药细胞系）表现出显著细胞毒性，IC₅₀值分别为6.9和8.2 μM，而化合物8和9对NCI-H446细胞的IC₅₀值分别为2.3和9.6 μM。

这项研究的重要意义在于成功展示了OSMAC策略在激活真菌沉默基因簇方面的有效性，特别是NaBr的添加能够特异性诱导萜类化合物的生物合成。这不仅扩展了海洋真菌来源的生物活性天然产物库，而且为开发新型抗菌和抗肿瘤药物先导化合物提供了重要资源。化合物3作为首个具有苯环E环的meroterpenoid，展现了结构新颖性，而化合物8对金黄色葡萄球菌的特异性抗菌活性和对肺癌细胞系的显著细胞毒性，使其成为值得进一步研究的候选药物分子。这项研究为深海微生物资源的开发利用提供了新的思路和方法学借鉴。