环境来源铜绿假单胞菌的抗菌潜力挖掘：基于体外研究与基因组挖掘的创新发现

为应对日益严峻的抗菌素耐药性（AMR）问题，研究人员从孟加拉国多地土壤样本中分离筛选出231株细菌，通过16S rRNA分析和全基因组测序，鉴定出27株具有广谱抗菌活性的铜绿假单胞菌（Pseudomonas aeruginosa），并发现其携带多种生物合成基因簇（BGCs），包括已知抗菌化合物Pf-5 pyoverdine和Azotobactin D等。该研究首次结合全基因组分析与抗菌活性评估，为新型抗生素开发提供了重要资源。

　　

抗菌素耐药性（AMR）已成为全球公共卫生的“无声 pandemic”，据预测，到2050年其可能导致每年1000万人死亡。传统抗生素开发陷入瓶颈，而自然界微生物仍是新药发现的“黄金矿脉”。铜绿假单胞菌（Pseudomonas aeruginosa）作为著名的“双面菌”——既是机会性病原体，又是次级代谢产物（如抗生素）的生产者，其环境分离株的抗菌潜力尚未系统挖掘。

来自中国的研究团队在《Journal of Genetic Engineering and Biotechnology》发表的研究中，从孟加拉国三个地区（达卡、锡尔赫特、科克斯巴扎尔）采集63份土壤样本，分离出231株细菌。通过垂直划线法和琼脂扩散法筛选，结合16S rRNA分析和全基因组测序，首次揭示了环境来源铜绿假单胞菌的基因组特征与抗菌机制。

关键技术方法
研究采用Illumina MiniSeq平台进行全基因组测序，使用SPAdes组装和antiSMASH预测生物合成基因簇（BGCs）。通过COG和KEGG数据库进行功能注释，BiG-SCAPE构建基因簇相似性网络。样本队列包括从不同pH（5.0-7.74）土壤中分离的菌株，重点分析5株高活性铜绿假单胞菌（CM022-CM074）。

研究结果

3.1 样本收集与土壤特性
科克斯巴扎尔地区样本（pH 7.54-7.74）中活性菌株占比最高，而酸性土壤（锡尔赫特，pH 5.0）未检出抗菌活性菌株，提示中性-弱碱性环境更利于抗菌微生物富集。

3.2 抗菌活性筛选
初筛中51株（22.08%）显示抗菌活性，其中68.6%为广谱型；次筛28株保留活性，11株仍具广谱性。铜绿假单胞菌CM022-CM074对多药耐药（MDR）标准菌株（如大肠杆菌ATCC35218）抑制效果显著。

3.5 全基因组分析
5株铜绿假单胞菌平均携带21.2个BGCs，占基因组7.02%。关键基因包括：

• 吩嗪合成基因簇（phzA-G）：产抗菌色素
• 藻酸盐合成基因（algL/X）：参与生物膜形成
• 维生素B₁₂
  合成基因（cobM/W）

3.6 BGCs分析
发现8类BGCs，包括非核糖体肽合成酶（NRPS）和硫肽类。其中5个独特BGCs可能编码新型抗菌物质。已知抗生素基因簇（如bicyclomycin）与体外活性结果吻合。

讨论与意义
该研究突破传统“培养-筛选”模式，首次将铜绿假单胞菌的全基因组挖掘与抗菌表型关联：

1. 地理分布特征：海岸地区（科克斯巴扎尔）菌株活性更强，可能与海洋特殊生态压力相关
2. 基因组特征：高丰度NRPS基因簇解释其广谱抗菌能力
3. 应用潜力：未知BGCs（如CM024的5个独特簇）为合成生物学提供新元件

研究局限性在于热预处理（100°C）可能遗漏非芽孢菌，未来可结合宏基因组技术扩大挖掘范围。论文通过“从土壤到基因”的全链条解析，为抗AMR药物开发提供了兼具科学性和创新性的研究范式。