编辑推荐：
针对新型隐球菌（Cryptococcus neoformans）感染致死率高、耐药性及脑微环境适应机制不明的问题，研究人员构建其首个基因组规模代谢模型（GSMM）iRV890。通过验证碳氮源利用等，发现独特代谢特征，预测 96 个关键基因靶点，为抗真菌药物开发提供新方向。
隐球菌脑膜炎如同潜伏在人体内的 “隐形杀手”，尤其是免疫缺陷人群，感染后常引发严重的肺部和中枢神经系统病变，每年全球约 19 万人患病，死亡率高达 76%。更棘手的是，现有抗真菌药物如氟康唑耐药性上升，棘白菌素类因无法穿透血脑屏障等原因临床应用受限。新型隐球菌如何在脑微环境中 “安营扎寨”，其代谢机制与宿主互作的奥秘亟待破解。在此背景下，国外研究机构的研究人员开展了相关研究，成果发表在《Computational and Structural Biotechnology Journal》。
研究人员构建了新型隐球菌变种C. neoformans var. grubii的首个基因组规模代谢模型（Genome-Scale Metabolic Model，GSMM）iRV890。该模型包含 890 个基因、2598 个反应和 2047 个代谢物，覆盖四个区室，通过开源软件 merlin 4.0.2 重建，并以 SBML 格式公开。研究采用表型微阵列实验验证了 222 种碳氮源利用情况，预测准确率达 85%，还通过定量测定比生长速率和葡萄糖消耗速率进一步验证模型可靠性。
研究用到的主要关键技术方法包括：利用 merlin 4.0.5 结合基因组注释和 KEGG 数据库构建代谢网络，通过 OptFlux 3.0 进行模型管理与验证，运用 Flux Balance Analysis（FBA）模拟代谢通量，借助 DeepLoc - 2.0 预测酶的亚细胞定位，通过 TranSyT 工具生成跨膜运输反应，采用 HPLC 定量分析胞外代谢物如葡萄糖、乙醇等。
3.1 模型特征
iRV890 模型涵盖胞质、线粒体、过氧化物酶体等四个区室，包含 683 个运输反应。手动校正过程中调整了 639 个反应 / 基因，涉及质量平衡、可逆性校正等。生物量方程整合了蛋白质、DNA、RNA、脂质等成分，ATP 需求参考酿酒酵母（S. cerevisiae）数据，构建了包含电子传递和 ATP 合成的平衡反应。
3.2 模型验证
在碳氮源利用验证中，模型对 155 种碳源和 67 种氮源的预测准确率均为 85%。部分预测失败案例提示转运蛋白注释不足或存在非代谢因素影响。批次培养实验显示，模型预测的比生长速率（0.128 h?1）与实验值（0.188±0.025 h?1）接近，且均未检测到乙醇等代谢副产物，同时验证了该菌 obligate aerobic 特性。
3.3 独特代谢特征
通过与其他酵母 GSMM 对比，发现 96 个独特 EC 编号，揭示新型隐球菌特有代谢路径。例如，L - 阿拉伯糖醇 4 - 脱氢酶（1.1.1.12）和 D - 阿拉伯糖醇脱氢酶（1.1.1.287）使其能利用脑脊髓液中的阿拉伯糖醇；L - 古洛糖酸内酯氧化酶（1.1.3.8）和葡萄糖酸内酯酶（3.1.1.17）参与抗坏血酸合成，可能与氟康唑耐药相关；酪氨酸酶（1.14.18.1）和漆酶（1.10.3.2）驱动的黑色素合成路径，增强其对宿主免疫和药物的抵抗力。
3.4 药物靶点分析
基于基因必需性预测，模型识别出 157 个关键酶和 101 个基因，其中 Erg4、Chs1、Fol1、Fas1 等因无人类同源物成为理想靶点。Erg4 参与麦角固醇合成，Chs1 调控几丁质合成，Fol1 涉及叶酸代谢，Fas1 负责脂肪酸合成。此外，真菌特异性的六异戊烯基二磷酸合成酶（2.5.1.83）也是潜在靶点，其在萜类骨架合成中起关键作用。
研究构建的 iRV890 模型为解析新型隐球菌代谢网络提供了系统生物学平台。通过揭示其脑微环境适应的独特代谢机制，如利用脑内肌醇和阿拉伯糖醇的能力，以及黑色素合成、抗坏血酸代谢等关键路径，为理解病原菌 - 宿主互作提供了新视角。预测的 96 个必需基因，尤其是 Erg4、Chs1 等无人类同源物的靶点，为开发高选择性抗真菌药物奠定了基础，有望突破现有耐药困境，为全球隐球菌病防治提供创新策略。
