北极热液生物膜中多样的生物合成途径

《Nature Communications》：Diverse biosynthetic pathways in Arctic hydrothermal biofilms

　　

摘要

编码多种次级代谢产物的生物合成基因簇（BGCs）在微生物组中普遍存在，并支持关键的生态功能。它们也是新药物发现中极具吸引力的目标。在此，我们将基因组分辨率宏基因组学与长读长纳米孔 RNA 测序相结合，从此前未探索的北极热液喷口生物膜微生物群落中获得了 1016 个细菌和 124 个古菌的中高质量宏基因组组装基因组（MAGs）。我们从 870 个宏基因组组装基因组（MAGs）中鉴定出 2965 个 BGCs，构成了独特且丰富的 BGCs 多样性，其中核糖体合成及翻译后修饰肽类（RiPPs）在所有样本中占主导地位。RiPPs 和非核糖体肽合成酶（NRPs）（已知编码具有抗菌潜力的代谢物）属于表达量最高的转录本。萜类虽然表达较少，但有助于微生物信号传导和防御。值得注意的是，我们在古菌基因组中鉴定出了氰化氢（HCN）合成途径，挑战了产氰作用仅限于细菌和真核生物的观点。我们的研究结果表明，微生物对极端环境的适应有利于基于 RiPP 的生物合成，并且 HCN 可能在古菌生态相互作用中发挥作用。此外，北极热液喷口生物膜中的微生物群落提供了独特的生物活性化合物的丰富储库，对药物发现具有重要意义。