两栖动物皮肤细菌：对抗真菌的基因宝库与潜在应用

为探究两栖动物皮肤细菌抗真菌活性相关基因，研究人员经多实验发现多种基因簇，对保护两栖动物及农业有益。

　　

真菌威胁下的两栖动物困境与研究契机

在神秘的自然界中，真菌引发的新兴疾病正悄然成为众多野生动物的 “致命杀手”，两栖动物更是深受其害。由蛙壶菌（Batrachochytrium dendrobatidis，Bd）引起的蛙壶菌病，就像一场可怕的瘟疫，在全球范围内肆虐，导致超过 500 种两栖动物种群数量急剧下降，90 多种甚至走向灭绝。Bd 的水生游动孢子会悄无声息地钻进两栖动物的皮肤细胞，在里面 “安营扎寨”、发育成熟，产生更多的孢子，进而破坏皮肤组织，让两栖动物无法进行正常的气体、水和电解质交换，最终走向死亡。

不过，令人感到惊奇的是，尽管 Bd 来势汹汹，但仍有一些两栖动物种群或物种顽强地存活了下来。研究发现，其中一个关键的 “保护神” 就是两栖动物皮肤微生物组。在这些微生物中，细菌可能通过产生代谢物或竞争策略，直接或间接地抑制真菌生长，为两栖动物提供了一层重要的 “防御盾牌”。然而，目前人们对这些细菌中的抗菌分子分布情况以及它们的遗传基础了解甚少。为了揭开这些神秘的面纱，来自墨西哥国立自治大学等机构的研究人员展开了深入的研究，相关成果发表在《World Journal of Microbiology and Biotechnology》上。

研究方法：多技术探寻基因奥秘

研究人员为了深入探究两栖动物皮肤细菌的抗真菌能力及其基因基础，采用了多种先进的技术方法。首先，从墨西哥的溪流中采集了美西钝口螈（Ambystoma altamirani）的皮肤样本，并从之前研究的热带青蛙（Agalychnis callidryas、Dendropsophus ebraccatus、Craugastor fitzingeri）皮肤细菌中挑选了部分菌株，构建了细菌集合。然后，通过 16S rRNA 测序对细菌进行分类鉴定，筛选出 67 株具有不同 Bd 抑制能力的菌株进行基因组测序。接着，利用体外生长抑制实验，检测这些菌株对 Bd 和灰葡萄孢菌（Botrytis cinerea，Bc）的抑制能力。最后，运用基因组挖掘技术，借助 antiSMASH、BiG - SCAPE 等软件，识别生物合成基因簇（Biosynthetic Gene Clusters，BGCs）和几丁质降解基因家族（Chitin - degrading gene families，ChDGFs），并通过多种统计分析和机器学习方法，探索它们与抗真菌表型之间的关系。

研究结果：基因与抗真菌能力的紧密联系

1. 皮肤细菌基因组展现多样的次生代谢基因：研究人员分析的 67 株细菌基因组来自 6 个细菌类、16 个科和 17 个不同属。这些细菌对 Bd 和 Bc 的抑制能力各不相同，且整体上对 Bd 的抑制能力更强。进一步研究发现，细菌的抗真菌能力与 BGCs 和 ChDGFs 有关。共鉴定出 30 种不同结构类别的 BGCs，分为 8 种类型，其中非核糖体肽合成酶（Non - Ribosomal Peptide Synthetases，NRPSs）最为丰富；还发现了 20 种不同的 ChDGFs，其中碳水化合物结合模块 CBM50 含量最多。而且，BGCs 和 ChDGFs 的多样性及丰度在不同细菌家族间存在显著差异12。
2. BGCs 和 ChDGFs 与抗真菌表型相关：通过统计分析发现，不同的 BGC 类型与对每种真菌的生长抑制作用相关。例如，抗 Bd 能力与硫肽和 NRPSs 的较高丰度显著相关；抗 Bc 能力则与 RiPP 样、铁载体和芳基多烯的较高丰度有关，同时几丁质酶 GH20 以及几丁质降解辅助酶 AA10、CBM5 和 CBM12 的较高丰度也与抗 Bc 表型显著相关。这表明细菌针对不同真菌可能采用不同的分子机制来发挥抗真菌作用3。
3. 部分 BGCs 属于已知抗菌活性家族：研究人员利用相似性网络将 BGCs 分组，发现细菌基因组中存在一些与已知抗菌活性相关的 BGC 家族。其中，NRPSs、聚酮合酶（Polyketide synthases，PKSs）和 RiPPs 具有较多的抗真菌和抗菌活性。在细菌家族中，甲基杆菌科、诺卡氏菌科、芽孢杆菌科、黄杆菌科和假单胞菌科的 BGCs 与抗真菌和抗菌活性的关联更为密切。此外，还发现了一些含有已知抗真菌化合物的 BGC 家族网络，如芽孢杆菌科中的丰原素（fengycin）和地衣霉素（lichenysin），假单胞菌科中的粘菌素（viscosin）和绿脓菌素（pyoverdine）等45。
4. 部分抗真菌分离株的 BGCs 预测具有抗真菌活性：研究人员运用支持向量机（Support Vector Machine，SVM）算法预测 BGCs 的抗菌活性，发现 Bd 抑制性分离株的基因组中有 26 个 BGCs 具有较高的抗真菌活性准确性值，而在非 Bd 抑制性分离株中仅有 2 个。这些 BGCs 包括 9 个 NRPS、7 个 β - 内酯等，部分属于先前已鉴定的抗真菌 BGC 家族。在预测抗真核生物活性时，也得到了类似的结果。这进一步表明这些 BGCs 可能在抗真菌过程中发挥重要作用6。

研究结论与意义：开启抗真菌研究新征程

这项研究深入探索了两栖动物皮肤细菌的基因组，发现了与抗真菌能力相关的 BGCs 和 ChDGFs，为揭示两栖动物皮肤微生物组的抗真菌机制提供了重要线索。虽然研究存在一定局限性，如未测试相关基因的表达及活性化合物的作用，但研究结果仍具有重要意义。一方面，有助于深入理解两栖动物与皮肤细菌之间的共生关系，以及这些细菌在保护两栖动物免受真菌感染方面的作用机制；另一方面，为开发新型生物防治剂提供了潜在的基因资源，有望应用于农业领域，抑制植物真菌病原体的生长。未来，研究人员可基于这些发现，进一步开展转录组学、代谢组学等研究，验证基因与抗真菌表型之间的关系，探索生物活性化合物的具体作用机制，为保护两栖动物和促进农业发展提供更有效的策略。