为世界提供青霉素的历史真菌的基因组已完成测序

1928年，苏格兰科学家亚历山大·弗莱明创造了历史。 在常见的霉菌中 - 如此常见以至于菌株在培养皿中意外生长葡萄球菌- 他发现了抗菌特性，他将利用这些特性来开发第一种大规模生产的抗生素药物，青霉素。

那原始菌株的青霉属几十年前，霉菌被低温保存——为子孙后代活活冷冻——但现在，它的基因组首次被测序。 就像青霉素本身的发现一样，这项研究是其他事物的分支。

“我们最初打算使用亚历山大·弗莱明的真菌进行一些不同的实验，”进化生物学家蒂莫西·巴拉克拉夫解释说伦敦帝国学院和牛津大学。 “但令我们惊讶的是，我们意识到没有人对这个原始物种的基因组进行了测序。青霉属，尽管它对该领域具有历史意义。”

新衍生的序列已与后来的两个商业化生产的序列进行了比较青霉属来自美国的基因组，使研究人员能够看到工业规模的生产如何随着时间和距离的推移而轻微改变霉菌的基因组成。

青霉属和其他霉菌，自然产生抗生素分子，作为其自身防御微生物系统的一部分。 由于微生物进化得相当快，可以对抗这些防御——这一特性目前正在引起相当大的问题抗生素耐药性- 模具也随之发展。

这有点像微观尺度上的军备竞赛，准确研究霉菌如何进化可以为当今的抗生素耐药性问题提供一些新的见解。

“我们的研究可以帮助激发新的解决方案来对抗抗生素耐药性，”生物学家阿尤什·帕塔克说伦敦帝国理工学院。

为了进行研究，研究小组解冻了弗莱明的样本一支红铅笔，并重新生长它。 然后对新鲜生长的霉菌进行取样和测序。 然后将所得基因组与美国菌株进行比较。

弗莱明的青霉属可能是英国青霉素药物的创始人，但在美国，工业生产始于从发霉的哈密瓜中分离出来的野生菌。 该菌株经过X射线和紫外线照射等诱变处理以及人工选择，产生了青霉素高产率的菌株。

弗莱明霉菌和美国霉菌之间的任何差异要么是野生哈密瓜品种进化差异的结果，要么是诱变和人工选择的早期步骤的结果。

在比较两者时，研究人员研究了两种基因——编码有助于青霉素生产的酶的基因，以及调节相同酶生产的基因。

事实证明，弗莱明霉菌和美国霉菌的调节酶遗传密码几乎相同。 有趣的是，美国霉菌有更多的拷贝——这将有助于这些菌株产生更多的青霉素。

这并不意外，因为它们是专门为此目的而培育的，但它确实提供了一些关于驯化过程结果的见解。

然而，弗莱明的英国菌株和美国菌株之间的编码基因略有不同。 研究小组认为，这是自然进化的结果，可能是对威胁当地环境中霉菌的微生物差异的反应。

正是这种自然进化的差异可能成为帮助开发抗生素耐药性问题解决方案的关键。

“青霉素的工业生产集中于产量，而用于人为提高产量的步骤导致了基因数量的变化，”帕塔克说。

“但工业方法可能错过了一些优化青霉素设计的解决方案，我们可以从对抗生素耐药性进化的自然反应中学习。”

该研究发表于科学报告。