哥伦比亚木霉菌Xylaria sp. CM-UDEA-H199通过半固态培养策略显著提升细胞松弛素产量的创新研究

本研究针对热带真菌次级代谢产物开发瓶颈，通过OSMAC（一种菌株多种化合物）策略优化哥伦比亚Xylaria sp. CM-UDEA-H199的培养条件，创新设计半固态S-BRFT培养基，成功激活细胞松弛素（cytochalasins）生物合成通路，分离获得5种新型衍生物（含首报天然双环氧细胞松弛素D）。该成果发表于《BMC Biotechnology》，为天然药物开发提供新思路。

　　

在微生物天然产物研究领域，热带真菌因其独特的生存环境常产生结构新颖的生物活性物质。然而，传统培养方法往往无法充分激发其代谢潜力，导致许多潜在药用分子处于"沉默"状态。来自德国亥姆霍兹感染研究中心的Daniela Valencia-Revelo团队与多国科学家合作，针对哥伦比亚亚马逊地区木霉菌Xylaria sp. CM-UDEA-H199展开研究，通过创新的培养策略成功解锁了其生产细胞松弛素类化合物的潜能，相关成果发表在《BMC Biotechnology》。

研究团队采用OSMAC（One Strain Many Compounds）策略，系统比较了液体（YM、Q6/2、ZM/2）、固态（BRFT）及新设计的半固态（S-BRFT）培养基对代谢产物的影响。关键技术包括：1）基于rpb2和tub2基因序列的分子鉴定；2）UPLC-MS/MS代谢组学分析；3）核磁共振（NMR）结构解析；4）人骨肉瘤细胞（U-2OS）肌动蛋白（actin）干扰实验。

【结果发现】

1. 常规培养条件下的代谢特征
   在BRFT大米培养基中分离到6种聚酮类化合物，包括灰黄霉素（1）和hypoxylin A（5）；YM液体培养则主要产生烷基化琥珀酸衍生物（7-9）。代谢组学分析显示ZM1/2培养基虽能诱导多种细胞松弛素生成，但产量较低。

2. 半固态培养的突破性效果
   创新设计的S-BRFT培养基（含4g大米粉/100mL）通过营养限制（碳源减少7倍）和增氧搅拌（240rpm），使细胞松弛素成为优势代谢产物。分离鉴定的5个衍生物中，化合物12（6,12:13,14-diepoxycytochalasin D）为首次发现的天然双环氧结构，其结构通过700MHz NMR解析确认，包括关键HMBC相关信号（H-12a/12b→C-6/C-7）。

3. 生物活性评价
   细胞松弛素衍生物显示选择性生物活性：

• 抗真菌：化合物11对白念珠菌（C. albicans）MIC=66.6μg/mL
• 细胞毒性：hypoxylin A（5）对所有测试癌细胞系IC₅₀<0.15μM，优于阳性对照埃博霉素B（epothilone B）
• 肌动蛋白调控：环氧修饰的cytochalasin R（14）显示增强的actin聚集效应但降低细胞毒性，提示结构-活性可分离性

【研究意义】
该研究首次证实半固态培养可通过营养-氧张力协同效应特异性激活Xylaria菌株的细胞松弛素生物合成通路。发现的双环氧衍生物12拓展了该类化合物的结构多样性，其形成机制暗示存在独特的细胞色素P450氧化酶（CYP450）。活性数据表明C-5立体构型（5 vs 10）不影响actin抑制效能，而C-6/7和C-13/14环氧修饰（14）可差异化调控生物活性，为开发新型细胞骨架靶向药物提供理论依据。从生物工艺角度，S-BRFT培养基的7倍原料节约和产量提升特性，为天然产物的工业化生产提供了优化范式。