激光光刺激调控链霉菌抗菌潜能的双波长效应及噻吩衍生物合成机制研究

本研究针对链霉菌(Streptomycetes)天然产物合成的调控难题，创新性地采用650nm和532nm双波长激光光刺激技术，首次揭示了激光照射可逆转链霉菌抗菌活性表型并诱导噻吩(thiophene)类抗癌抗菌物质的合成。通过GC-MS分析证实，650nm激光能显著激活非产抗菌链霉菌(Streptomyces lienomycini)合成含硫杂环化合物，为微生物光遗传学调控提供新范式。

　　

在微生物制药领域，链霉菌(Streptomycetes)作为天然抗生素的"细胞工厂"，其代谢产物的可调控性始终是研究热点。然而传统化学诱导方法存在效率低、特异性差等问题，而物理调控手段尤其是激光光刺激技术在微生物代谢工程中的应用尚属空白。来自巴格达大学激光研究生院和理学院生物技术系的研究团队在《Scientific Reports》发表的研究，首次系统评估了650nm（红光）与532nm（绿光）激光对链霉菌代谢重编程的影响。

研究采用对比实验设计，选取天然产抗菌素的Streptomyces thinghirensis S10（Strept thin）和不产抗菌素的Streptomyces lienomycini CP.57（Strept lieno）为模型，通过控制激光功率（100mW）、照射时间（1-3分钟）等参数，结合抑菌圈实验和GC-MS代谢组学分析，发现红光照射能显著激活非活性菌株合成噻吩类化合物。关键技术包括：1）双波长激光精确照射系统；2）基于16S rRNA的菌种鉴定；3）抑菌圈定量分析；4）GC-MS代谢产物检测；5）统计学差异分析。

抗菌活性评估

通过抑菌圈实验发现，650nm激光照射2分钟使Strept lieno对大肠杆菌(E. coli)的抑制率提升95%，显著高于532nm组。GC-MS数据显示照射后菌液颜色由浅粉变为深棕，提示发生了光化学转化。

代谢产物分析

非照射组Strept lieno仅检测到脂肪酸甲基酯（如十六烷酸甲酯，面积占比22.44%），而650nm照射组新增噻吩衍生物[2-(溴乙酰基)-5-双(二甲氨基)磷酰基噻吩]和肾上腺素等生物活性分子。值得注意的是，红光照射诱导产生了环丁醇(Cyclobutanol)等光二聚体前体，提示DNA光损伤可能触发脂肪酸向多炔烃的转化。

作用机制探讨

研究提出红光可能通过细胞色素c氧化酶(Cytochrome c oxidase)吸收光子能量，改变乙酰辅酶A(Acetyl-CoA)代谢流，进而影响脂肪酸合成途径。产生的活性氧(ROS)可能通过氧化应激激活次级代谢基因簇。

该研究不仅证实激光波长特异性可定向调控链霉菌代谢表型，更发现红光诱导的"代谢表型逆转"现象——非产抗菌菌株经照射后获得合成噻吩等药用分子的能力。这为开发新型光控微生物制药平台提供了理论基础，尤其对含硫药物分子的生物合成具有重要启示意义。研究采用的物理调控方法避免了基因改造的伦理风险，符合绿色生物制造发展趋势。未来研究可进一步解析光受体蛋白与代谢调控网络的分子互作机制。