《Nature Microbiology》细菌的隐形武器——新型毒素对抗耐药性感染

　　

研究人员发现了一组新的细菌毒素，可以杀死有害细菌和真菌，为潜在的感染新疗法打开了大门。这些毒素存在于超过10万个微生物基因组中，可以摧毁细菌和真菌的细胞，而不会伤害其他生物体。这项研究揭示了一些细菌是如何利用这些毒素与其他微生物竞争的，这一发现可能会带来对抗感染的新方法，尤其是在抗生素耐药性日益受到关注的情况下。

由希伯来大学环境科学研究所的Asaf Levy博士，Koret兽医学院的Neta Schlezinger博士和生命科学研究所的Netanel Tzarum博士与魏茨曼科学研究所的研究人员教授合作，发表在《Nature Microbiology》杂志上的一项新研究。Jacob Klein和Meital Oren-Suissa以及霍恩海姆大学（University of Hohenheim）的Herbert Schmidt教授发现了一种新的细菌毒素库，具有对抗人类和植物传染性疾病的潜力。这些毒素编码在某些细菌的基因组中，具有强大的抗菌和抗真菌特性，为临床和生物技术应用提供了令人兴奋的新可能性。

微生物竞争是一种自然现象，细菌已经进化出复杂的方法，包括毒素，以消除竞争对手。自然界中用于竞争的天然化合物最著名的例子是细菌和真菌产生的抗生素。

在这项研究中，Levy博士的团队开发了一种创新的计算方法来识别以前未发现的毒素蛋白结构域，这些结构域在105,000多个微生物基因组中有100-150个氨基酸长。这些蛋白质毒素，被称为多态毒素，在微生物战中起着至关重要的作用，在不同的生态系统中瞄准和杀死竞争的微生物。

研究小组、学生和博士后：Nimrod Nachmias、Noam Dotan和Marina Campos Rocha博士，以及工作人员Yaara Oppenheimer-Shaanan博士和Rina Fraenkel博士，成功验证了九种新发现的毒素，每种毒素都代表了一个大的进化保守家族，证明了它们在这些模式生物中表达时导致大肠杆菌和酿酒酵母细胞死亡的能力。特别值得注意的是，还发现了五种抗毒素基因，也被称为免疫基因，它们可以保护产生毒素的细菌免受自我毁灭。

有趣的是，毒素对一系列致病真菌表现出强大的抗真菌活性，而某些无脊椎动物物种和巨噬细胞不受影响。该研究的实验结果表明，这些毒素主要作为有效的酶，针对基本的细胞过程，如细胞膜、DNA或细胞分裂。两种毒素免疫蛋白复合物的结构分析进一步证实，其中一些毒素具有DNA酶活性，可以降解靶细胞中的DNA。有趣的是，该结构表明，毒素在其DNA结合位点带正电，以结合带负电的DNA，而抗毒素蛋白带负电，以防止毒素与目标DNA结合。希伯来大学环境科学研究所Asaf Levy说：“我们的发现扩大了我们对细菌如何利用毒素与其他微生物竞争的理解，并为未来研究针对人类和植物细菌和真菌病原体的急需抗菌药物提供了令人兴奋的途径。这些毒素作为新的临床治疗或生物技术创新基础的潜力尤其令人兴奋。”

这项研究不仅提高了对微生物毒素的认识，而且还揭示了它们潜在的治疗用途。该团队的发现可能为新的抗菌策略铺平道路，特别是在世界正在努力应对耐抗生素病原体的崛起之际。

该研究对不同环境下微生物相互作用的理解和下一代抗菌剂的开发具有广泛的意义。通过揭示这些毒素运作的机制，这项研究为对抗细菌和真菌感染的新疗法带来了希望。