基于生物测定和DeepSAT技术的发现：从海洋来源的Aspergillus sp. NBU4698菌株中筛选出新型抗菌γ-内酰胺类化合物

《Journal of Molecular Structure》：Bioassay-guided and DeepSAT-driven discovery of new antibacterial γ-Lactams from a marine-derived Aspergillus sp. NBU4698

本研究利用DeepSAT辅助的活性导向分离策略，从海洋真菌Aspergillus sp. NBU4698中分离出两个新的大环γ-内酰胺类化合物Asperlactams A（1）和B（2），并阐明其结构及抗MRSA活性机制。

　　

王正全|金荣宇|周志岩|冯芳健|陈子龙|王晓|何珊|林文瀚|吴斌|丁丽健

宁波大学附属阳明医院（余姚市人民医院）急诊医学科，中国宁波315211

摘要

耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（MRSA）对全球公共卫生的威胁日益加剧，这迫切需要发现具有新作用机制的抗菌剂。在本研究中，我们采用DeepSAT辅助的生物活性引导分离策略，对海洋来源的真菌Aspergillus sp. NBU4698进行了研究，从中分离出了两种含有全氢异吲哚酮骨架的新大环γ-内酰胺类化合物，即Asperlactams A和B（1和2）。通过综合光谱分析（HRESIMS、NMR、单晶X射线晶体学和ECD计算），我们明确了这两种化合物的结构及其绝对构型。化合物1对临床相关的ATCC 43300菌株表现出抗MRSA活性，且无显著的细胞毒性。时间杀菌实验表明，在24小时的处理时间内，其具有浓度依赖性的杀菌效果。对1的作用机制研究表明，该化合物通过破坏细胞壁和形成孔洞来影响膜完整性。

引言

耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（MRSA）是全球公共卫生面临的最严峻挑战之一，可引起从轻微的皮肤和软组织感染到危及生命的感染，如心内膜炎、骨髓炎和菌血症等多种疾病[[1], [2], [3]]。与MRSA感染相关的发病率和死亡率不断上升，加上巨大的医疗成本，凸显了开发新型抗菌剂的迫切需求[4,5]。 海洋真菌已成为结构独特且生物活性强的次级代谢产物的丰富来源，在过去十年中，新发现的具有抗菌特性的海洋天然产物中，有37%来自海洋真菌[6]。其中，来自Aspergillus属的大环γ-内酰胺类化合物因其相对于线性内酰胺类化合物更高的膜通透性而受到特别关注[7]。尽管具有这一优势，但大环γ-内酰胺类化合物对抗MRSA的潜力仍很大程度上尚未被探索。近年来，计算工具极大地促进了天然产物的发现。DeepSAT是一个基于神经网络的平台，能够通过直接从¹H-¹³C HSQC光谱中提取化学特征，快速进行结构注释和骨架预测，从而简化新化合物的鉴定和分离过程[8]。 作为我们对海洋微生物中生物活性次级代谢产物持续研究的一部分，我们对从东海采集的海洋藻类Codium fragile中分离出的Aspergillus sp. NBU4698进行了化学研究。通过结合DeepSAT辅助的NMR分析和生物活性引导的分离方法，我们分离出了两种新的大环γ-内酰胺类化合物Asperlactams A（1）和B（2）。化合物1对临床相关的MRSA菌株ATCC 43300表现出显著的抗菌活性，并且具有较低的细胞毒性。机制研究表明，1通过破坏细胞壁完整性和影响膜通透性发挥其抗MRSA作用。本文详细描述了Asperlactams A和B的分离过程、结构鉴定及其抗菌活性。

一般实验程序

通用实验方法

熔点使用WRS-1A数字熔点仪测定。旋光度在PerkinElmer旋光仪上测量。紫外（UV）吸收光谱使用NADE Evolution 201分光光度计记录。红外（IR）光谱使用Nicolet IS20 FTIR光谱仪在纯样品条件下测量。JASCO J-810圆二色光谱仪用于测量CD光谱。核磁共振（NMR）光谱以TMS作为内标，在Bruker仪器上进行采集。

结果与讨论

DeepSAT辅助的天然产物分离优先级确定：从Aspergillus sp. NBU4698培养物中提取的有机提取物通过中压液相色谱（MPLC）分离得到六个组分（Fr. A-Fr. F）。抗菌活性筛选显示Fr. C具有最强的活性，因此被进一步分离，得到六个子组分（Fr. C1-Fr. C6）。其中，Fr. C4的抗菌活性最强。

结论

本研究采用DeepSAT辅助的生物活性引导分离策略，从海洋来源的Aspergillus sp.中分离出了两种新的γ-内酰胺衍生物（1和2）。通过综合NMR光谱、单晶X射线衍射分析和ECD计算，我们明确了它们的绝对构型，证实这两种化合物属于三环γ-内酰胺结构。值得注意的是，1表现出更强的抑制作用...

利益声明

作者声明没有竞争性财务利益。

CRediT作者贡献声明

王正全：撰写–原始草稿、方法学、实验研究。 金荣宇：撰写–原始草稿、方法学、实验研究。 周志岩：撰写–原始草稿、方法学、实验研究。 冯芳健：撰写–原始草稿、方法学、实验研究。 赵航：实验研究。 陈子龙：实验研究。 王晓：方法学研究。 吴斌：实验研究。 何珊：资金获取、概念构思。 林文瀚：资金获取、概念构思。 丁丽健：资金获取。

资助

我们感谢浙江省自然科学基金（LZ26D060002）、宁波青年科技创新项目（2024QL063）、国家天然与仿生药物重点实验室（K202426）、浙江省教育厅一般科研项目（Y202455756）、浙江省高层次人才专项计划（编号2022R52036）以及国家111计划（D16013）的支持。