為世界提供青黴素的歷史真菌的基因組已完成定序

1928年，蘇格蘭科學家亞歷山大·弗萊明創造了歷史。在常見的黴菌中 - 如此常見以至於菌株在培養皿中意外生長葡萄球菌- 他發現了抗菌特性，他將利用這些特性來開發第一種大規模生產的抗生素藥物，青黴素。

那原始菌株的青黴屬幾十年前，黴菌被低溫保存——為子孫後代活活冷凍——但現在，它的基因組首次被測序。就像青黴素本身的發現一樣，這項研究是其他事物的分支。

“我們最初打算使用亞歷山大·弗萊明的真菌進行一些不同的實驗，”進化生物學家蒂莫西·巴拉克拉夫解釋說倫敦帝國學院和牛津大學。 「但令我們驚訝的是，我們意識到沒有人對這個原始物種的基因組進行了測序。青黴屬，儘管它對該領域具有歷史意義。

新衍生的序列已與後來的兩個商業化生產的序列進行了比較青黴屬來自美國的基因組，使研究人員能夠看到工業規模的生產如何隨著時間和距離的推移而輕微改變黴菌的基因組成。

青黴屬和其他黴菌，自然產生抗生素分子，作為其自身防禦微生物系統的一部分。由於微生物進化得相當快，可以對抗這些防禦——這項特性目前正在引起相當大的問題抗生素抗藥性- 模具也隨之發展。

這有點像是微觀尺度上的軍備競賽，準確研究黴菌如何演化可以為當今的抗生素抗藥性問題提供一些新的見解。

“我們的研究可以幫助激發新的解決方案來對抗抗生素抗藥性，”生物學家阿尤什·帕塔克說倫敦帝國學院。

為了進行研究，研究團隊解凍了弗萊明的樣本一支紅鉛筆，並重新生長它。然後對新鮮生長的黴菌進行取樣和定序。然後將所得基因組與美國菌株進行比較。

弗萊明的青黴屬可能是英國青黴素藥物的創始人，但在美國，工業生產始於從發霉的哈密瓜中分離出來的野生菌。該菌株經過X射線和紫外線照射等誘變處理以及人工選擇，產生了青黴素高產率的菌株。

弗萊明黴菌和美國黴菌之間的任何差異要么是野生哈密瓜品種進化差異的結果，要么是誘變和人工選擇的早期步驟的結果。

在比較兩者時，研究人員研究了兩種基因—編碼有助於青黴素生產的酵素的基因，以及調節相同酵素產生的基因。

事實證明，弗萊明黴菌和美國黴菌的調節酵素遺傳密碼幾乎相同。有趣的是，美國黴菌有更多的拷貝——這將有助於這些菌株產生更多的青黴素。

這並不意外，因為它們是專門為此目的而培育的，但它確實提供了一些關於馴化過程結果的見解。

然而，弗萊明的英國菌株和美國菌株之間的編碼基因略有不同。研究團隊認為，這是自然演化的結果，可能是對威脅當地環境中黴菌的微生物差異的反應。

正是這種自然演化的差異可能成為幫助開發抗生素抗藥性問題解決方案的關鍵。

“青黴素的工業生產集中於產量，而用於人為提高產量的步驟導致了基因數量的變化，”帕塔克說。

“但工業方法可能錯過了一些優化青黴素設計的解決方案，我們可以從對抗生素抗藥性進化的自然反應中學習。”

該研究發表於科學報告。