蓝藻垫中Ahp-环缩肽的基因组与化学特征：基于Thamnocephalus platyurus生物测定的细胞毒性研究

瑞士研究团队针对蓝藻有害藻华（CyanoHABs）事件，通过宏基因组学与代谢组学技术，首次发现Phormidium属蓝藻可产生新型细胞毒性氰肽素（cyanopeptolins），其LC50低至6.4 μM，揭示了Ahp-环缩肽类毒素在淡水生态中的潜在风险，为蓝藻毒素监测提供新方向。

　　

近年来，全球淡水生态系统中蓝藻有害藻华（CyanoHABs）频发，其中底栖蓝藻垫因能释放强效毒素而引发哺乳动物死亡事件，如瑞士湖泊中犬只中毒案例。尽管此前研究多聚焦于浮游蓝藻产生的微囊藻毒素（microcystins）或拟柱胞藻毒素（cylindrospermopsin），底栖蓝藻如Phormidium的毒素多样性仍属未知领域。这类事件背后，环境因素如富营养化（eutrophication）和气候变化加剧了蓝藻毒素的生态威胁，但传统监测手段往往忽视非典型毒素类别。

为解决这一问题，瑞士联邦环境办公室和弗里堡州资助的研究团队对2022年瑞士格吕耶尔湖（Lake Gruyère）蓝藻垫展开多学科研究。通过结合宏基因组学、化学分析与生物测定技术，首次证实Phormidium属蓝藻可产生两类新型氰肽素（cyanopeptolins），其完整结构对淡水甲壳类Thamnocephalus platyurus具有显著细胞毒性（LC₅₀ 6.4 μM），而截短产物则无活性。该成果发表于《Science of The Total Environment》，填补了Ahp-环缩肽（Ahp-cyclodepsipeptides）生态毒理学研究的空白。

研究采用三项关键技术：1）宏基因组组装基因组（MAG）分析鉴定Phormidium的氰肽素生物合成基因簇；2）基于LC-MS的代谢物分馏与结构解析；3）T. platyurus生物测定指导活性化合物追踪。样本来自事件发生地漂浮蓝藻垫的复合采样。

研究结果

1. Study sites and microscopy
   显微镜观察显示蓝藻垫以丝状Phormidium为主导（图2A），与犬只死亡事件时空关联。

2. Genomic characterization
   宏基因组重建未检测到拟毒素-a（anatoxin-a）基因簇，但发现编码19元环缩肽的氰肽素合成途径，其Ahp单元与N-甲基化氨基酸特征与已知毒素振荡肽J（oscillapeptin J）同源。

3. Chemical profiling
   从藻垫提取物中分离出两种新型氰肽素（CP-1/CP-2）及其截短衍生物，质谱与NMR证实其含有Ahp-羟基哌啶酮核心结构（图1）。

4. Toxicity assessment
   T. platyurus测定显示完整氰肽素LC₅₀为6.4–12.1 μM，而截短产物在100 μM仍无毒性，提示微生物降解可能降低环境风险。

结论与意义
本研究首次将Phormidium与氰肽素生产关联，扩展了蓝藻毒素的化学多样性认知。尽管未证实其直接导致犬只死亡，但Ahp-环缩肽的细胞毒性表明底栖蓝藻可能通过非神经毒素途径威胁生态系统。发现截短产物的无毒化现象为蓝藻毒素自然降解机制研究提供线索。该成果强调需开发针对非典型蓝藻毒素的监测策略，以应对气候变化下日益复杂的淡水生态风险。