迷迭香根系内生真菌抗锥虫潜力的代谢组学分析与分子对接洞察

【字体: 时间:2025年05月16日 来源:Scientific Reports 3.8

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  针对非洲锥虫病( sleeping sickness )治疗药物存在耐药性与毒性等问题,研究人员对迷迭香根系内生真菌( Cladosporium spp.、Alternaria spp.、Talaromyces spp. )开展代谢组学及抗锥虫活性研究。发现其提取物具显著抑制作用( IC?? 1.3 - 3.5 μg/mL ),为抗锥虫药物研发提供新方向。

  
非洲锥虫病,又称昏睡病,是由布氏锥虫( T. brucei )引发的致命性热带疾病,威胁着撒哈拉以南非洲超 6500 万人的生命。当前治疗药物存在疗效不足、易产生耐药性以及毒性较大等问题,因此,开发新型、安全且有效的抗锥虫药物迫在眉睫。植物内生真菌作为一类特殊的微生物,能够产生结构多样的次生代谢产物,在抗肿瘤、抗菌、抗寄生虫等领域展现出巨大潜力。迷迭香( Rosmarinus officinalis )作为一种具有丰富生物活性的植物,其根系内生真菌可能蕴含独特的抗锥虫活性成分,基于此,来自埃及 Deraya 大学、Minia 大学等机构的研究人员开展了相关研究,旨在挖掘迷迭香根系内生真菌的抗锥虫潜力,为抗锥虫药物的研发提供新的思路和物质基础。该研究成果发表在《Scientific Reports》上。

研究人员主要采用了以下关键技术方法:首先通过表面消毒和选择性培养基从迷迭香根系分离纯化内生真菌,并利用 18S rRNA 基因和内转录间隔区(ITS)测序进行分子鉴定;接着采用固相米饭培养基发酵真菌,经乙酸乙酯萃取获得代谢产物;然后运用超高效液相色谱 - 高分辨电喷雾质谱(LC - HR - ESI - MS)进行代谢组学分析,结合天然产物数据库(DNP、MarinLit)鉴定代谢物;通过体外抗锥虫活性实验,以苏拉明(Suramin)为阳性对照,测定提取物对布氏锥虫(T. brucei)的半数抑制浓度(IC??);最后利用分子对接技术,将鉴定的代谢物与锥虫关键酶 Rhodesain(PDB ID: 6EXQ)和鸟氨酸脱羧酶(ornithine decarboxylase,PDB ID: 4ZGY)进行对接,分析其相互作用模式。

结果与讨论


内生真菌的分离鉴定与系统发育分析


通过分子鉴定和系统发育分析,从迷迭香根系分离出 3 株内生真菌,分别鉴定为球形枝孢霉(Cladosporium sphaerospermum,UR1)、罂粟链格孢(Alternaria papavericola,UR2)和茎生篮状菌(Talaromyces stititatus,UR3)。系统发育树显示,它们分别属于不同的真菌类群,具有遗传多样性。

抗锥虫活性评价


体外抗锥虫实验表明,3 株内生真菌的乙酸乙酯提取物均对布氏锥虫具有显著抑制作用。其中,UR1(枝孢霉)提取物的活性最强,IC??为 1.3 μg/mL,UR2(链格孢)和 UR3(篮状菌)提取物的 IC??分别为 3.2 μg/mL 和 3.5 μg/mL,显示出迷迭香根系内生真菌是抗锥虫活性物质的潜在来源。

代谢组学分析


利用 LC - HR - ESI - MS 对 3 株内生真菌提取物进行代谢组学分析,共鉴定出 47 种代谢物,涵盖萜类、酚类、生物碱、聚酮类、大环内酯类等多种化学类别。例如,从链格孢中鉴定出 phomalichenone F、alternabenzofuran A 等;枝孢霉中发现 herbarin B、cladosporin D 等;篮状菌中检测到 talaromarin E、talascortene F 等。这些代谢物结构多样,为抗锥虫活性成分的筛选提供了丰富的物质基础。

分子对接研究


分子对接结果显示,多数鉴定的代谢物在 Rhodesain 活性位点表现出中等至较高的对接分数(S = -3.82 至 - 6.10 kcal/mol),如 epi - cladoquinazoline(S = -6.00 kcal/mol)和 talaromyone A(S = -6.10 kcal/mol),它们通过氢键和 π - 氢键与关键氨基酸残基(如 Met 68、Cys 25)结合,可能抑制 Rhodesain 的催化活性。在鸟氨酸脱羧酶活性位点,部分代谢物表现出弱至中等对接分数(-2.33 至 - 5.9 kcal/mol),显示出对双靶点的潜在抑制作用,初步揭示了其抗锥虫作用机制。

研究结论与意义


本研究首次对迷迭香根系内生真菌的抗锥虫活性进行了系统研究,证实了枝孢霉、链格孢和篮状菌提取物具有显著的体外抗布氏锥虫活性,其作用机制可能与抑制锥虫关键酶 Rhodesain 和鸟氨酸脱羧酶有关。代谢组学分析揭示了这些真菌能够产生丰富多样的次生代谢产物,为抗锥虫药物的研发提供了大量候选化合物。该研究不仅拓展了植物内生真菌在抗寄生虫领域的应用,也为开发新型抗锥虫药物提供了新的资源和思路,有望缓解非洲锥虫病治疗的困境,对热带病防治具有重要的科学意义和临床应用潜力。

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