综述：宏基因组分析对新型内溶素发现的影响

这篇综述系统阐述了宏基因组学（metagenomics）在挖掘新型内溶素（endolysins）中的革命性作用，重点分析了其如何绕过传统微生物培养限制，从生物膜（biofilm）、人体微生物组（microbiome）及极端环境等生态系统中发现具有抗菌潜力、热稳定性（thermostability）和广谱活性的酶。文章还探讨了功能宏基因组学与生物信息学工具的协同应用，以及内溶素在对抗多重耐药菌（MDR）中的临床转化挑战，为开发新型生物治疗剂提供了理论框架。

　　

引言

抗生素滥用导致的多重耐药菌（MDR）威胁催生了对抗菌策略的新探索。肽聚糖水解酶（PGHs）因其特异性降解细菌细胞壁的能力成为焦点，其中噬菌体衍生的内溶素（endolysins）因高靶向性和模块化结构备受关注。内溶素根据起源和功能分为内溶素、外溶素（exolysins）和自溶素（autolysins），其作用机制与细菌细胞壁结构密切相关。例如，革兰阳性菌因缺乏外膜，内溶素可直接作用于肽聚糖层，而革兰阴性菌需克服外膜屏障，部分内溶素通过SAR（signal-anchor-release）结构域或阳离子肽辅助穿透。

宏基因组学在内溶素挖掘中的优势

传统微生物培养仅覆盖环境微生物多样性的<1%，而宏基因组学通过直接分析环境DNA（如土壤、水体或人体微生物组）解锁了未培养微生物的遗传资源。功能宏基因组学结合生物信息学工具（如DeepMineLys、FoldSeek）可高效预测和注释新型内溶素。例如，Fernandez-Ruiz等从20万未培养噬菌体基因组中鉴定出2628种内溶素，其中包含全新结构域；Gontijo等则从18万噬菌体基因组中筛选出53种靶向革兰阴性菌的SAR内溶素。

关键生态系统与案例研究

人体微生物组：Cho等从粪便宏基因组中分离的内溶素CD27L_EAD对艰难梭菌（Clostridium difficile）具有高选择性，且不破坏共生菌群。Miernikiewicz等通过胃黏膜噬菌体组分析开发的PolaR内溶素可特异性靶向Rothia属，并穿透生物膜。
生物膜：Premetis等从工业区海洋生物膜中发现的AbLys2（糖苷水解酶家族24）对鲍曼不动杆菌（Acinetobacter baumannii）展现强裂解活性。
极端环境：Pantiora等从热泉土壤中挖掘的Ami1（N-乙酰胞壁酰-L-丙氨酸酰胺酶）在64.2°C仍保持稳定，对金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）具有广谱活性。

挑战与未来方向

尽管宏基因组学加速了内溶素发现，但复杂微生物群的数据分析、功能验证及临床转化仍存瓶颈。例如，30%的原核基因功能未知，需依赖AI工具（如FuncLib）优化酶活性。此外，内溶素的递送系统（如Artilysins工程化改造）和规模化生产是临床应用的关键。近期Jansson等通过合成mRNA在人体细胞表达内溶素Cpl-1，为治疗肺炎链球菌感染提供了新思路。

结论

宏基因组学通过整合多组学数据和机器学习，正重塑酶发现范式。内溶素作为“酶抗生素”（enzybiotics）的潜力亟待进一步开发，尤其在耐药菌感染和生物膜相关疾病的治疗中。未来研究需聚焦于提高酶稳定性、降低免疫原性及优化递送策略，以推动其从实验室到临床的跨越。