科學發現：120年後，這些著名的真菌有了自己的基因測序


使用弗萊明留下的冷凍樣本培育的青黴菌。圖片來源：CABI
英國研究人員首次對亞曆山大·弗萊明（Alexander Fleming）留下的青黴菌進行了基因組測序，並將其與後來的菌株做了比較。
1928 年，亞曆山大·弗萊明在瑪麗醫院醫學院（Mary's Hospital Medical School）工作期間第一次發現了抗生素——青黴素，由此一舉成名。如今，這所醫學院附屬於帝國理工學院（Imperial College London）。青黴素由青黴菌屬（Penicillium）中的一種黴菌產生，而這一黴菌卻是在培養皿中意外生長起來的。
如今，來自帝國理工、國際應用生物科學中心（CABI）和牛津大學（University of Oxford）的研究人員對弗萊明最初的青黴菌菌株基因組進行了測序，使用的正是 50 年前冷凍起來的活體樣本。
團隊還將弗萊明的黴菌的基因組與兩種美國青黴菌菌株做了比較，後者用於抗生素的工業製造。研究結果發表在《科學報告》（Scientific Reports）雜誌上，該研究表明英國菌株和美國菌株使用了略有差異的方法來製造青黴素，這一發現可能暗示了工業製造的新途徑。


圖片來源：Pixabay
該研究團隊由Timothy Barraclough教授領導，他同時任職於帝國理工的生命科學係和牛津的動物學係。他說：“我們最初打算使用亞曆山大·弗萊明的黴菌展開一些不同的實驗，但我們驚訝地意識到，沒人對最初的青黴菌基因組進行過測序，盡管這些青黴菌在其領域中具有重要的曆史意義。”
雖然弗萊明的黴菌作為青黴素的最初來源而聞名於世，但青黴素的工業製造很快用上了在美國用哈密瓜培養出的黴菌。從這些天然黴菌開始，青黴菌樣本經曆了人工選擇，選擇出能使青黴素產量更高的菌株。
研究團隊使用保存在CABI培養中心的冷凍樣本，重新培育了弗萊明的“初代青黴菌”，隨後提取 DNA 進行測序。他們將所得到的基因組數據和先前發表的其他青黴素基因組數據做了對比，對比數據來自兩支後來在美國用於工業生產的青黴菌菌株。


冷凍保存的樣本。圖片來源：CABI
研究人員著重分析了兩類基因：一類編碼用於合成青黴素的黴；另一類則調控這些酶，比如控製酶的產量。
在英國和美國菌株中，調控基因都擁有相同的遺傳編碼，但美國菌株擁有更多的調控基因拷貝，幫助那些菌株生產出更多的青黴素。
然而，編碼青黴素製造酶的基因在兩國的菌株中表現出了差異。研究人員說，這表明英美兩國的野生青黴菌發生了自然演化，產生了略有差異的酶。
像青黴菌這樣的黴菌會產生抗生素，來對抗細菌，同時細菌會不斷演化出各種方法避開黴菌的防禦手段。因此，黴菌始終處在軍備競賽中。英國和美國菌株為了適應當地的細菌，演化方向可能產生了差別。
如今，細菌演化是個大問題，因為很多細菌都對我們的抗生素產生了耐藥性。盡管研究人員說，他們還不知道在英國菌株和美國菌株中，不同的酶序列對於最終形成抗生素有什麽影響，他們認為這也確實為改良青黴素製造帶來了可觀的前景。
論文的第一作者、來自帝國理工生命科學係的Ayush Pathak說：“我們的研究可能有助於啟發新的解決方案，以解決抗生素耐藥性問題。青黴素的工業製造集中於產量，而人工提高產量的步驟會導致基因數量的變化。”
“但是，工業方法也許會遺漏一些優化青黴素設計的方案，而我們能夠從抗生素耐藥性演化的天然響應機製中找到新思路。”
翻譯：阿金
審校：戚譯引
引進來源：帝國理工學院
引進鏈接：https://eurekalert.org/pub_releases/2020-09/icl-goa092120.php
本文來自：環球科學



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