淡水苔藓虫Cristatella mucedo共生菌群的次级代谢产物挖掘及其药物开发潜力

本研究针对淡水苔藓虫Cristatella mucedo共生菌群的次级代谢产物开发空白，通过16S rRNA基因测序和基因组分析揭示了其细菌群落组成与代谢潜力。研究人员分离出26个属的菌株（含潜在新属），发现83%的生物合成基因簇（BGCs）为未知类型，并鉴定出新型脂肽和吲哚类化合物。该研究为淡水无脊椎动物共生微生物的药物开发提供了重要资源库。

　　

在海洋无脊椎动物中，苔藓虫（Bryozoa）因其共生菌群能产生如抗癌药物苔藓抑素（Bryostatin-1）等明星分子而备受关注。然而占苔藓虫物种15%的淡水类群却长期被忽视，其共生微生物的化学多样性更是一片未知领域。奥地利维也纳大学团队选择淡水苔藓虫Cristatella mucedo为研究对象，这种像凝胶状地毯般铺展在湖底的生物（

），面临着与海洋近亲相似的捕食压力，却从未被研究过其化学生态防御机制。

研究采用多组学联用策略：通过16S rRNA扩增子测序比较苔藓虫与周边环境的菌群差异，发现仅有3.4%的序列变体（ASVs）为宿主特有；利用9种培养基分离获得29株菌（含潜在新种Roseomonas sp. CML04等），其基因组分析显示惊人的代谢潜力——256个BGCs中83%与已知基因簇相似度低于60%。

亮点在于放线菌Micromonospora sp. CML15产生的蓝色化合物C₂₇H₁₈ClNO₈，其结构与抗癌药物黄酮脂素（xantholipin）相似；而Bacillus sp. CML08分泌的新型脂肽（结构类似cereulide）在共培养中可被Rhodococcus sp. CML10的蛋白酶降解，暗示菌群间存在化学对话。

关键实验技术

1. 1.

   多环境样本（苔藓虫/水体/沉积物）的16S rRNA扩增子测序

2. 2.

   9种培养基的分批培养与菌株分离

3. 3.

   纳米孔/Illumina双平台基因组测序

4. 4.

   antiSMASH 7.0预测BGCs

5. 5.

   非靶向LC-MS代谢组学分析

细菌和古菌群落特征

苔藓虫样本中蓝藻菌（Cyanobacteria）和γ-变形菌（Gammaproteobacteria）占主导，与沉积物群落存在显著差异（

）。富集培养揭示出未被分离的潜在功能菌（如肺炎克雷伯菌Klebsiella），其代谢物中检测到铁载体aerobactin和新型烷基腐胺脂质。

次级代谢产物鉴定

1. 1.

   Bacillus sp. CML11产生聚羟基脂肪酸酯（PHBs）和变体bacitracin抗生素

2. 2.

   Micromonospora sp. CML15产生含色胺结构的硫代化合物（C₂₀H₂₂N₄O₄S）

3. 3.

   共培养实验发现Rhodococcus分泌的两种甲酰化肽（3405.78/4610.20 Da）可被芽孢杆菌降解

讨论与展望

该研究首次揭示淡水苔藓虫共生菌群如同"微型制药厂"，其83%的BGCs代表未知代谢途径。尽管多数菌株也存在于环境中，但特殊的富集条件（如长周期培养）可能选择了特定功能群体。发现的蓝色聚酮化合物和新型脂肽为抗菌/抗肿瘤先导物开发提供线索，而菌群互作中肽降解现象为理解宿主-微生物共进化提供新视角。未来可通过异源表达等手段挖掘这些"暗物质"基因簇的药用价值。

这项发表于《Scientific Reports》的工作，为从淡水无脊椎动物开发药物开辟了新路径，其建立的菌种库（含5个潜在新种）和代谢物数据库将成为后续研究的重要基石。正如研究者Sergey B. Zotchev强调的："C. mucedo的凝胶状体质可能为特殊微生物创造了避难所，这正是我们寻找新颖抗生素的黄金地带。"