研究人员助力开发探索海洋微生物的新技术

南卫理公会大学 (SMU) 研究员亚历山大·蔡斯 (Alexander Chase) 小时候就对地球热带雨林中植物的多样性着迷。他发现自己想知道那里有什么新物种等待被发掘。正是出于这种好奇心，蔡斯现在使用一种名为小分子原位树脂捕获 (SMIRC) 的新技术从地球海洋中收集样本，这可能是发现下一代抗生素化合物的第一步。

微生物天然产物来自微生物，是当今许多基本药物的原料，包括大多数抗生素。微生物太小，没有显微镜就无法看到，它们在生命周期中会产生各种各样的化学化合物，其中一些可用于制药。传统上，这些化合物是使用“微生物优先”方法发现的，即在实验室中从野外采集的样本中培养单个菌株。

虽然这种方法很有效，但研究人员越来越难以用它来发现新的化学“支架”，而这些支架是构建化学化合物的基础。化学支架是药物发现的关键资源。

“现在，当我们收集新样本并培养微生物时，我们发现支架本质上与我们已经知道的支架非常相似，”罗伊·M·赫芬顿地球科学系助理教授蔡斯解释道。

“过去几十年来，用‘微生物优先’的方法寻找新东西真的非常困难，这种方法本质上将我们限制在相同或相似的细菌菌株及其化学化合物中，而这些化合物仅代表了海洋中自然多样性的一小部分。这就是 SMIRC 的作用所在，它让我们能够探索未知领域。”

Chase 和加州大学圣地亚哥分校及加州大学旧金山分校的研究人员最近在《自然通讯》杂志上发表了一项研究，解释了 SMIRC 如何实现在野外收集微生物天然产物，而无需在实验室中培养。它使用了一种名为 HP-20 的吸收性树脂，这种树脂就像海绵一样，可以吸收微生物释放的化学物质。

作为一项测试，研究人员在圣地亚哥附近被海草覆盖的地区使用了 SMIRC。从收集到的化学物质中，他们发现了一种抗生素化合物，以及一种名为 chrysoeriol 的化学物质，这种化学物质是一种具有抗菌特性的植物性物质。然后，研究人员将 HP-20 与琼脂(一种促进微生物生长的物质)混合，使用了改良版的 SMIRC。第二次实验发现了 aplysiopsene A，这表明 SMIRC 技术在回收化合物方面取得了持续的成功。

第三次测试在卡布里洛国家纪念碑的受保护海洋保护区中使用了 SMIRC。在这里，该技术收集了更大的样本，其中包含更复杂的化学混合物。虽然该地点富含新化合物的原因目前尚不清楚，但研究人员推测可能是因为这个特定区域几乎没有人流。

尽管这些新化合物均未被证明能成为新型抗生素的开发途径，但其中一种名为卡布里司他汀的化合物确实表现出生物活性，并被认为可能成为治疗癌症和心脏疾病的新方法。

“海洋是地球上探索最少的地区之一，尤其是深海，”Chase 说道。“我们对海洋微生物及其产生的化合物知之甚少。由于抗生素耐药性和其他健康挑战，天然产物研究具有很高的优先性。借助 SMIRC，我们现在拥有一个易于部署的系统，使研究人员能够研究以前无法研究的化合物。”