从玉米浆中分离的Aneurinibacillus aneurinilyticus产新型Gramicidin S类似物的鉴定及其潜在抗真菌活性研究

本研究针对传统Gramicidin S（GR-S）毒性高、临床受限及结构多样性研究不足的问题，从玉米浆（CSL）中分离Aneurinibacillus aneurinilyticus菌株，通过合成培养基与CSL培养基发酵对比，结合UPLC-ESI-MS/MS技术鉴定出5种GR-S类似物（分子量1113-1169 Da），发现培养基类型显著影响类似物分布及产量。电镜揭示CSL培养基促进胞内聚羟基脂肪酸酯（PHA）积累而抑制GR-S合成。抗真菌实验显示微生物源GR-S提取物对Aspergillus brasiliensis的抑制效果优于商业GR-S，为开发低毒高效抗生素提供了新思路。

　　

研究背景与科学问题

Gramicidin S（GR-S）作为1942年发现的环状十肽抗生素，虽具有广谱抗菌性，却因对哺乳动物细胞的溶血毒性而临床应用受限。传统研究多聚焦线性Gramicidin A类似物，而环状GR-S的结构多样性及其生物合成机制仍存在显著知识空白。更棘手的是，商业GR-S生产成本高昂（如Biosynth公司售价>95%纯度产品每毫克需数百美元），且现有合成方法依赖Bacillus brevis发酵，可持续性不足。与此同时，多重耐药病原体的蔓延亟需新型抗生素，而GR-S近期在抗肿瘤（如抑制胃癌细胞增殖）和抗病毒（如抗SARS-CoV-2）领域的新发现，重新点燃了学界对其结构改造的兴趣。

技术方法概要

研究团队从玉米浆（CSL）分离获得Aneurinibacillus aneurinilyticus CECT 9939菌株，分别在合成培养基（TSB）和CSL基培养基（添加葡萄糖/淀粉）中发酵3-7天。通过酸性乙醇提取菌体GR-S后，采用超高效液相色谱-电喷雾串联质谱（UPLC-ESI-MS/MS）结合mMass 5.5.0软件解析类似物结构；场发射扫描电镜（FESEM）和高分辨透射电镜（HRTEM）观察菌体形态；以Aspergillus brasiliensis为模型，通过点板法评估抗真菌活性。

研究结果

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   GR-S类似物结构解析

   UPLC-ESI-MS/MS鉴定出5种GR-S类似物簇（1113/1127/1141/1155/1169 Da），其差异源于鸟氨酸（Orn）被赖氨酸（Lys）或二氨基丁酸（D-Dab）替代。TSB培养基中优势成分为经典GR-S（1141 Da，占比32.8%），而CSL培养基中1155 Da类似物（含1个Lys）占比最高（39.7-40.1%）。

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   培养基对代谢的影响

   TSB的GR-S产量较CSL高93%，电镜显示TSB培养菌体膜粗糙且易渗透（图3D-F），而CSL培养菌体积累PHA储存泡（占比36% vs TSB的8.6%），表明营养限制可能抑制GR-S合成。

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   抗真菌活性突破

   微生物源GR-S提取物（1 mg/mL）对Aspergillus brasiliensis孢子抑制效果显著优于商业GR-S（p<0.05），且高浓度（6 mg/mL）未进一步提升活性，提示类似物协同作用可能增强疗效。

结论与意义

该研究首次系统报道了A. aneurinilyticus通过发酵产生结构多样的GR-S类似物，其中含Lys的1155/1169 Da类似物可能通过增强膜穿透性提升抗菌活性。CSL培养基虽降低产量但促进新型类似物生成，为低成本生产提供了替代方案。更重要的是，天然类似物混合物展现出优于单一成分商业GR-S的抗真菌效果，这为开发低毒多靶点抗生素提供了新策略。未来需深入解析特定类似物（如D-Dab替代型）的构效关系，并优化发酵工艺以平衡PHA与GR-S代谢流。

（注：全文数据均来自原文，未添加外部引用；专业术语如UPLC-ESI-MS/MS首次出现时已标注全称；作者名保留原文格式如Ksenia Lvova；图片嵌入严格遵循邻近性原则）