室内产生物活性代谢物细菌的生物勘探

《Environmental Microbiology Reports》：Bioprospecting Indoor Bacteria Producing Bioactive Metabolites

　　

新生物分子被勘探用于新型抗菌、抗寄生虫及细胞抑制药物。研究人员在此呈现一种基于生物测定引导的方法，用于勘探产非蛋白抗生素分子的室内细菌。在测试的650个细菌菌落中，108个抗菌分离株代表15个物种及隐秘放线菌（cryptic Actinobacteria），产生了影响哺乳动物细胞的非蛋白抗生素。108株菌的甲醇提取物经一系列生物测定揭示四种毒性终点：（1）细胞死亡（CD）。（2）公猪精子活力抑制（BSMI）。（3）细胞增殖抑制（ICP）。（4）线粒体毒性（MT）。该终点组合将108株菌分为四种毒性谱：谱I为致死毒素（42株），阳性对照为成孔离子载体alamethicin和生物表面活性剂surfactin；谱II为亚致死线粒体毒素（51株），阳性对照为线粒体毒素valinomycin和antimycin A；谱III为亚致死细胞抑制毒素（7株），阳性对照为葡萄糖转运抑制剂chaetoglobosin A；谱IV为细胞抑制毒素（8株），阳性对照为RNA合成抑制剂actinomycin D。芽孢杆菌属（Bacillus）、链霉菌属（Streptomyces）和类芽孢杆菌属（Paenibacillus）菌株产生amylosin、cereulide、surfactins、lichenysins、iturins、fengysin、valinomycin和fusarisidins。周培芽孢杆菌属（Peribacillus）、赖氨酸芽孢杆菌属（Lysinibacillus）、微杆菌属（Microbacterium）、诺卡氏菌属（Nocardiopsis）及隐秘放线菌产生可能新颖的活性分子。室内环境是产离子载体、表面活性剂和线粒体毒素细菌易于获取的栖息地。

研究背景方面，建筑内细菌组成与空间用途、材料及通风策略相关，可分为定殖于潮湿材料的代谢活跃群落与由空气沉降细菌构成的背景菌群两类。细菌通过次级代谢物通讯与适应，这些分子在低浓度可作信号，高浓度则具抗菌、抗寄生虫、细胞抑制及哺乳动物细胞毒性。相较室内产真菌毒素真菌，产耐热非蛋白毒素的室内细菌研究较少，但其生物活性具药物勘探价值。已有研究多在极端或自然环境寻找新分子，而室内环境作为新菌源未被系统挖掘。因此研究人员旨在评估室内环境能否作为产耐热非蛋白代谢物细菌的生物多样性库，鉴定此类细菌并明确其代谢物在哺乳动物细胞中的毒性靶点。该研究发表于《Environmental Microbiology Reports》，首次将室内环境定义为可便捷获取的产离子载体与线粒体毒素细菌生境，为抗菌与抗寄生虫药物开发提供新视角。

关键技术方法上，研究人员在芬兰8个聚居区19栋建筑（日托中心、学校、办公室、医院、牛棚）采集23份空气、表面降尘、建材及动物垫料样本；采用平行复苏与非复苏培养于TSA、MA、PCA培养基，16℃与22–24℃培养2–3周，以“反向亚历山大弗莱明技术（RAFT）”筛选同板拮抗菌落；取拮抗菌落生物质甲醇分散液经BSMI与ICP快速筛查；对阳性株做全细胞脂肪酸甲酯（FAME）分析、16S rDNA测序及ribotyping鉴定；甲醇提取生物质干物质，以BSMI、CD、ICP、MT四联生物测定算EC₅₀；依EC₅₀响应模式分四毒性谱；活性组分经C18固相萃取、RP-HPLC、ESI-MS/MS与MALDI-TOF鉴定分子。

研究结果部分，3.1节“室内产生物活性代谢物细菌分离株”中，650菌落约20%显拮抗且哺乳动物细胞毒性阳性，111株纯化至属级，含芽孢杆菌属、周培芽孢杆菌属、赖氨酸芽孢杆菌属、类芽孢杆菌属、链霉菌属、诺卡氏菌属及隐秘孢子放线菌。3.2节“潮湿建材与室内降尘中产非蛋白毒素细菌物种”中，108株定种或归隐秘放线菌，芽孢杆菌属、链霉菌属等多见于建材与降尘，部分属仅见于空气或尘。3.3节“室内细菌产脂肽抗生素与未知非蛋白毒素”中，鉴定amylosin（EC₅₀ 0.03 μg mL^?1）、cereulide（<0.001）、surfactin、lichenysin、iturin、fengycin、fusaricidin、valinomycin等，分别具成孔离子载体、载体离子载体、表面活性剂、抗真菌等活性。3.4节“108株菌分四毒性谱”中，谱I（致死，36%）含表面活性与成孔脂肽；谱II（亚致死线粒体毒，47%）含cereulide与valinomycin产株；谱III（抑葡萄糖转运与增殖，约3%）含Lysinibacillus与Microbacterium；谱IV（仅抑增殖，约7%）为隐秘放线菌。线粒体毒为室内主导。3.5节“产valinomycin链霉菌分布”显示，222株孢子放线菌中仅水体受损建筑来源13株产valinomycin，干建筑、干草棚、畜舍、食物均未检出。3.6节“amylosin产株与cereulide产株抗菌抗真菌”中，amylosin甲醇提液抑革兰阳/阴、抗酸菌及真菌，cereulide提液无抑菌抗真菌作用，但非毒型B. cereus与B. licheniformis模式株有广谱抑菌。

讨论部分指出，传统平板隔离法曾发现valinomycin与ivermectin，虽现代表型基因组挖掘盛行，但RAFT联合单菌落生物质速筛仍可有效发掘多样活性株；多培养基、复苏、低温长孵育提升多样性。室内湿材与降尘为产抗生素株竞争 refuge，B. amyloliquefaciens等定殖湿材，Lysinibacillus等偶现空气尘，可能为户外源或未被定殖材料未发现。线粒体毒与离子载体具抗寄生虫药史证，108株中47%产线粒体毒跨7物种，提示室内生境易获此类非蛋白分子。产valinomycin链霉菌与多脂肽共产B. amyloliquefaciens未见典型土壤生境报道，佐证室内可作为生物勘探新源。

结论翻译：研究人员将室内环境首次呈现为勘探产非蛋白活性代谢物细菌的新颖、易获且具前景的栖息地；650菌落中108株产耐热甲醇溶非蛋白抗生素及可能新活性物质；所建RAFT与四终点电池筛查法可有效分型；室内湿材与降尘富集芽孢杆菌属、链霉菌属等已知产毒属，亦藏隐秘放线菌与Microbacterium等非典型产毒株；离子载体与线粒体毒素为最频终点，具抗寄生虫与线粒体研究工具价值。