从海洋微生物中挖掘抗癌宝藏：Micromonospora carbonacea subsp. caeruleus 2MTK254 的研究新突破

研究针对癌症治疗难题，对海洋 Micromonospora 进行研究，发现新亚种及抗癌化合物，极具潜力。

　　在 21 世纪，癌症成为了严重威胁人类健康的 “头号杀手”。2020 年，全球新增癌症病例约 1990 万例，癌症相关死亡人数达 970 万，预计到 2050 年，这一数字将飙升至 3500 万。其中，大肠癌发病率位居第三，死亡率位居第二。目前，化疗是治疗癌症的常用手段，但多数患者会因基因突变和表观遗传修饰产生耐药性，化疗还会对正常细胞产生细胞毒性，引发脱发、心血管问题、中枢神经系统毒性和骨髓抑制等副作用。因此，寻找新的高效抗癌药物迫在眉睫。

在此背景下，来自泰国多所科研机构（Mahidol University、King Mongkut’s University of Technology Thonburi 等）的研究人员开展了一项针对海洋微生物的研究，该研究成果发表在《Applied Microbiology and Biotechnology 》上。研究人员旨在通过多相分类学方法鉴定分离出的海洋 Micromonospora 的独特性，并通过比较代谢组学和基因组分析，全面研究该菌株的代谢物分布和生物合成基因簇，寻找具有抗癌活性的化合物。

为开展此项研究，研究人员运用了多种关键技术方法。首先是微生物分离培养技术，从泰国 Chanthaburi 省的红树林沉积物中分离出菌株 2MTK254。接着利用基因组测序与分析技术，对该菌株进行 16S rRNA 基因鉴定、系统发育分析以及全基因组测序，确定其分类地位。代谢组学分析技术也至关重要，通过液相色谱 - 串联质谱（LC - MS/MS）分析、分子网络分析等，对菌株产生的次生代谢物进行鉴定和分类。此外，还采用了生物活性检测技术，如 MTT 法，检测菌株提取物的抗癌活性。

研究结果如下：

1. 新亚种的发现：通过多相分类学研究，对菌株 2MTK254 的 16S rRNA 基因序列、基因组序列、形态特征、生理生化特性和化学分类特征进行分析，发现该菌株与 Micromonospora carbonacea 的两个已知菌株存在差异，具有独特的色素和脂肪酸模式，将其鉴定为 Micromonospora carbonacea subsp. caeruleus 新亚种。
2. 代谢组学分析：利用 LC - MS/MS 和分子网络分析，研究人员对菌株 2MTK254 及其两个近缘菌株的代谢物进行分析。主成分分析（PCA）和热图分析显示，2MTK254 的代谢物与其他两个菌株存在明显差异。分子网络分析将代谢物分为七类，鉴定出一些已知化合物，并发现 2MTK254 有 7191 个独特的代谢特征。
3. 抗癌活性研究：MTT 法检测结果表明，2MTK254 的粗提物对人结肠癌细胞系 HCT - 116 具有较强的抑制作用，抑制率达 66.03%。经过生物测定引导的分级分离和纯化，从 2MTK254 的提取物中得到一种新的多环四胺大环内酰胺（PTMs）化合物 P1（C29H38N2O4），该化合物对 HCT - 116 细胞的抑制活性高达 99.31%，IC50为 0.125 μM ，且选择性指数（SI）较高，表明其对癌细胞具有高效性和相对较低的细胞毒性。
4. 基因组挖掘：对 2MTK254 的基因组进行挖掘，发现其含有 32 个生物合成基因簇（BGCs），其中包括与 PTMs 相关的 BGCs，且与已知的 SGR PTMs 的基因相似度为 83%。通过与近缘菌株的基因组比较，发现 2MTK254 的 BGCs 具有独特的模式。

研究结论与讨论部分指出，Micromonospora carbonacea subsp. caeruleus 2MTK254 作为一种新发现的海洋微生物亚种，具有产生新型 PTMs 的潜力。化合物 P1 具有显著的抗大肠癌活性，可能是一种潜在的抗癌药物。其作用机制可能与靶向己糖激酶 2（HK2）酶有关，该酶参与癌细胞的糖酵解途径。此外，2MTK254 独特的 BGCs 为进一步研究和开发新型抗癌化合物提供了基础。然而，目前对化合物 P1 的结构还需通过核磁共振光谱（NMR）等技术进一步确认，且在代谢物注释过程中，由于质谱注释数据库中海洋微生物次生代谢物数量有限，存在一定的局限性。

总体而言，这项研究为抗癌药物的研发开辟了新的方向，海洋微生物作为潜在的药物来源，具有巨大的开发价值。研究人员从海洋微生物中发现了具有抗癌潜力的新亚种和化合物，为未来抗癌药物的开发提供了新的靶点和方向，有望为癌症患者带来新的希望。