通過研究難以培養的土壤細菌發現了新的抗生素 這一成果如何申請專利？
專利代理 發布時間：2025-09-13 15:15:30 瀏覽: 次
大多數細菌無法在實驗室中培養，這對醫學來說是個壞消息。許多我們一線使用的抗生素都源自微生物，然而隨著抗生素耐藥性的傳播和藥物研發管道的枯竭，我們腳下的土壤中隱藏著一個巨大的、未被開發的、拯救生命的化合物儲存庫。
現在，研究人員已經開發出一種方法來訪問這個微生物寶庫。他們的方法發表在Nature Biotechnology上，通過直接從土壤中提取非常大的DNA片段，繞過了在實驗室中培養細菌的需要，拼湊出以前隱藏的微生物的基因組，然后從這些基因組中挖掘生物活性分子。
從單一的森林樣本中，研究團隊生成了數百個前所未見的完整細菌基因組，以及兩種新的抗生素候選物。這些發現提供了一種可擴展的方法來搜尋無法培養的細菌以獲得新的藥物候選物，并揭示了塑造我們環境的廣闊未知微生物邊界。
我們終于有了可以窺見以前人類無法觸及的微生物世界的技術，洛克菲勒大學遺傳編碼小分子實驗室主任Sean F. Brady說，不僅僅是在獲取這些信息，我們已經將它們轉化為潛在有用的抗生素，這只是冰山一角。
在尋找細菌時，土壤是一個顯而易見的選擇，它是地球上最大的、生物多樣性最高的細菌儲存庫，一茶匙的土壤中可能包含成千上萬種不同的細菌，許多重要的藥物，包括我們大部分的抗生素，都是在可以在實驗室中培養的那小部分土壤細菌中發現的。
然而，我們對地球上數以百萬計的微生物知之甚少。科學家們懷疑這些隱藏的細菌不僅蘊藏著未被開發的新療法的潛力，還提供了微生物如何影響氣候、農業和我們所生活的更大環境的線索。在世界各地都有一種隱藏的微生物生態系統，可能對我們的生活產生重大影響。
團隊優化了一種直接從土壤中分離出大塊高質量DNA片段的方法。將這一進展與新興的長讀長納米孔測序技術結合，布賴迪實驗室的博士后研究員簡·伯爾安（Jan Burian）能夠生成長達數萬堿基對的連續DNA片段，比之前任何技術都能管理的長度長200倍。土壤DNA包含大量不同的細菌；沒有這樣的大DNA序列，將復雜的遺傳拼圖分解為完整且連續的細菌基因組變得極其困難。
從更大的DNA片段拼接出整個基因組要容易得多，而不是之前可用的數百萬個微小片段。
獨特的分子，如細菌產生的抗生素，被稱為“天然產物”。為了將新發現的序列轉化為生物活性分子，該團隊應用了一種合成生物信息學天然產物（synBNP）方法。他們通過基因組數據直接預測天然產物的化學結構，然后在實驗室中進行化學合成。通過synBNP方法，Brady及其同事成功地將未培養細菌的遺傳藍圖轉化為實際分子，包括兩種強效的抗生素。
布雷迪描述了該方法，該方法具有可擴展性，并且可以適應幾乎任何超越土壤的宏基因組空間，他將其描述為開啟微生物學新時代的三步策略：分離大DNA，對其測序，并將其計算轉換為有用的東西。
團隊的方法產生了2.5萬億對序列數據，這是迄今為止對單一土壤樣本進行的最深入的長讀長探索。他們的分析揭示了數百個完整的連續細菌基因組，其中超過99%的細菌是科學上全新的，并確定了細菌家族樹16個主要分支中的成員。
發現的兩種主要化合物可能具有強大的抗生素效果。其中一種名為erutacidin，通過與脂質心磷脂的非常見相互作用破壞細菌膜，并且對最具挑戰性的耐藥細菌也有效。另一種名為trigintamicin，作用于一種名為ClpX的蛋白質 unfold，這是罕見的抗菌靶點。
這些發現僅僅是個開始，該研究證明，以前無法訪問的微生物基因組現在可以被解碼，并且可以在不培養這些生物體的情況下大規模提取生物活性分子。解鎖微生物暗物質的遺傳潛力還可能為維持生態系統的隱藏微生物網絡提供新的見解。
研究可培養細菌推動了有助于塑造現代世界的技術進步，而最終看到并獲取未培養的大多數將引領新一代的發現。
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