基于LC-ESI-HRMS代谢组学的红海与地中海放线菌抗菌抗肿瘤活性筛选研究

本研究针对抗生素耐药性和抗癌药物开发的迫切需求，通过整合代谢组学与生物活性筛选技术，对红海和地中海来源的78株放线菌进行系统研究。研究人员采用LC-ESI-HRMS（液相色谱-电喷雾电离-高分辨质谱）和NMR（核磁共振）技术，结合多变量数据分析（MVDA），从8株活性菌株中鉴定出多种具有抗菌和抗肿瘤活性的次级代谢产物，其中Streptomyces sp.10显示出最广谱的抗菌活性。该研究为开发新型抗感染和抗肿瘤药物提供了重要资源，并建立了高效的微生物活性成分筛选方法体系。

　　

在抗生素耐药性危机日益严峻和抗癌药物需求持续增长的背景下，寻找新型生物活性分子已成为全球研究热点。天然产物特别是微生物来源的化合物，在药物研发史上始终占据重要地位——1981至2014年间，超过40%的抗感染和抗癌药物都直接或间接来源于天然产物。然而，随着耐药菌株在医院和社区环境中的快速传播，传统药物开发模式已难以应对这一挑战。与此同时，海洋生态系统因其独特的生物多样性，特别是放线菌这类能产生丰富次级代谢产物的微生物，正成为新型药物开发的"黄金矿藏"。

Beni-Suef大学的研究团队将目光投向了埃及的红海和地中海海域。这两个海洋环境具有显著不同的生态特征：红海以高盐度和高温著称，而地中海则拥有相对温和的水文条件。研究人员假设，这种环境差异可能导致放线菌产生结构独特的生物活性物质。通过系统的采样、培养和筛选，该团队从78株分离菌株中鉴定出8株具有显著生物活性的放线菌，并运用先进的代谢组学技术揭示了其化学多样性。

研究采用了多学科交叉的技术路线：从红海和地中海四个不同地点采集的14份样本中分离放线菌；通过琼脂扩散法筛选抗菌活性；采用SRB（磺酰罗丹明B）法评估对MCF-7（人乳腺癌细胞系）和HCT-116（人结肠癌细胞系）的细胞毒性；结合16S rRNA基因测序进行分子鉴定；运用LC-ESI-HRMS和NMR技术进行代谢组学分析；采用多变量统计方法（PCA、PLS-DA、OPLS-DA）处理数据；最后通过数据库比对进行化合物去重复分析。

放线菌分离与鉴定

研究人员从水样、沉积物和植物内生菌中分离获得78株放线菌，其中64%来自红海，36%来自地中海。通过三种培养基（SCA、ISP-2和KA）的比较发现，SCA培养基对放线菌的分离效率最高（49%）。16S rRNA基因测序显示，7株活性菌株属于链霉菌属（Streptomyces sp.），1株为短杆菌属（Brevibacterium sp.），这些菌株在系统发育树上形成了明显的聚类。

抗菌活性评估

初步筛选显示76%的菌株对至少一种测试菌株有抑制作用，其中对MRSA（耐甲氧西林金黄色葡萄球菌）的抑制率最高（83%）。对26株初筛阳性菌株的进一步测试发现，所有菌株都对临床分离的耐药性肺炎克雷伯菌和金黄色葡萄球菌2型有活性。特别值得注意的是，菌株10表现出最广谱的抗菌活性，对包括铜绿假单胞菌在内的多种耐药菌均有抑制作用。

抗肿瘤活性分析

SRB实验结果显示，菌株45、43和42对MCF-7细胞系显示出中等细胞毒性，IC₅₀
值分别为23±1.45、24±0.93和29±1.04μg/mL。值得注意的是，这些活性提取物对正常皮肤成纤维细胞（HSF）的毒性较低，显示出一定的选择性。

代谢组学与去重复分析

LC-HRMS代谢组学分析结合多变量统计方法成功区分了不同菌株的代谢特征。PCA分析显示菌株10的代谢谱明显不同于其他菌株，成为明显的离群点。通过去重复分析，研究人员鉴定出多个可能具有生物活性的化合物，包括：

1. Sorbistin A2（1）：具有广谱抗菌活性
2. Nb-(5-甲基己酰基)色胺（2）：显示抗肿瘤活性
3. 真壳菌素B（3）：具有抗糖尿病潜力
4. 5,7-二甲氧基-4-苯基香豆素（4）：对肺癌细胞有抑制作用
5. 伊卡鲁霉素衍生物（14）：对多种癌细胞系有细胞毒性

NMR指纹图谱

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H NMR分析进一步证实了活性菌株代谢物的化学复杂性，在脂肪族（0-6ppm）和芳香族（6.5-9ppm）区域均显示出丰富的信号峰。多变量分析成功区分了不同菌株的NMR谱图特征。

这项发表在《Microbial Cell Factories》的研究具有多重重要意义：首先，建立了将代谢组学与生物活性筛选相结合的高效研究方法，大大提高了活性微生物资源的发现效率；其次，证实了埃及红海和地中海放线菌作为新型抗菌和抗肿瘤药物来源的巨大潜力；第三，鉴定出的多个活性化合物为后续药物开发提供了重要线索。特别是菌株10的广谱抗菌活性和菌株45、43、42的选择性细胞毒性，都值得进一步深入研究。该研究不仅为应对抗生素耐药性危机提供了新思路，也为抗癌药物开发开辟了新途径。