卡拉库姆沙漠：具有显著生物合成潜力的可培养新型稀有放线菌独特来源

本研究针对多重耐药病原体新型抗生素和植物生长促进剂的迫切需求，揭示了卡拉库姆沙漠作为放线菌资源宝库的独特价值。研究人员通过16种选择性培养基从6个采样点分离459株放线菌，结合16S rRNA基因测序和全基因组挖掘技术，发现17个属的放线菌（包括Actinocorallia、Jiangella等稀有属）含有编码新型次级代谢产物（特别是抗生素）的生物合成基因簇（BGCs）。该研究为开发新型生物活性物质提供了高质量菌种库，论文发表于《World Journal of Microbiology and Biotechnology》。

　　

在抗生素耐药危机日益严峻的背景下，寻找新型微生物资源成为全球科研热点。传统放线菌来源（如土壤常规环境）的开发已趋饱和，而极端环境微生物因其独特的生存策略和代谢途径，正成为"次级代谢产物金矿"。中亚卡拉库姆沙漠作为全球最干旱炎热的生态系统之一（夏季地表温度超80°C），其微生物资源长期未被系统研究。

土耳其科学家Hayrettin Saygin团队联合英国纽卡斯尔大学Michael Goodfellow教授，采用多学科交叉策略对该沙漠放线菌资源进行深度挖掘。研究团队从6个原始采样点获取土壤样本，通过pH值（8.25-8.71）、电导率（0.12-0.75 dS/m）等理化分析确认其极端特性。使用16种选择性培养基（如添加新生霉素的海洋琼脂、含腐殖酸的维生素琼脂等）分离出459株放线菌，通过颜色分组和16S rRNA基因测序（引物27F/1525R）筛选270株代表菌株。对32株系统发育独特的菌株进行全基因组测序（Illumina HiSeq 2500平台），利用antiSMASH v7.0预测生物合成基因簇（BGCs），并通过TYGS平台构建系统基因组树。

研究方法亮点
1）多维度选择性培养策略覆盖广谱放线菌类群
2）整合形态学（孢子颜色分组）与分子分类学（16S rRNA基因相似度<99.3%界定新种）
3）全基因组挖掘与表型筛选（针对8种病原菌的抑菌实验）相结合

关键发现

1. 极端环境孕育特殊菌群
   样本平均含水量仅0.20-0.72%，但腐殖酸维生素琼脂培养出最高菌落数（803.2×10³ CFU/g）。通过16S rRNA基因分析发现：

• 68株潜在新种（如与Nonomuraea ceibae相似度仅98.75%的5K322）
• 36株沙漠罕见菌（如3株Actinocorallia、5株Jiangella）
  
  

1. 基因组蕴含"黄金矿脉"
   32个测序菌株基因组大小3.71-10.86 Mbp，其中：

• Nonomuraea diastatica KC712^T含50个BGCs（15%与已知化合物同源）
• Saccharopolyspora elongata 7K502^T含29个BGCs（含兰卡霉素类似簇）
• 39% BGCs（336/861）为全新结构

1. 双重生物技术潜力
   抗菌实验显示：44%菌株抑制铜绿假单胞菌ATCC 27853，56%菌株至少抑制1种病原菌。基因组分析揭示：

• 植物促生基因：磷酸酶（phoU）、铁载体（desferrioxamine E）
• 胁迫适应基因：热休克蛋白（dnaK）、冷休克蛋白（cspA）

突破性结论
1）首次系统证实卡拉库姆沙漠是放线菌多样性热点，其菌株具有"双重天赋"——既能产生新型抗生素（如类似vicenistatin的大环内酯），又含植物促生基因簇
2）建立包含多个新分类单元（如Jiangella ureilytica KC603^T）的高质量菌种库，为"从分类学到药物发现"提供范例
3）揭示沙漠放线菌基因组中存在与已知抗生素（如红霉素、四环素）结构相似但功能可能创新的生物合成途径

该研究为开发抗耐药菌药物和生态农业制剂提供了全新资源，其"极端环境-微生物分类-基因组挖掘"三位一体研究范式对微生物资源开发具有普适性指导意义。论文中发现的多个稀有属菌株（如仅分离到1株的Spongiactinospora）提示沙漠生态系统仍存在巨大探索空间。