根据本周发表的两份报告，古菌是生命之树上最不为人所知的微生物分支，是研究新型抗生素的重要线索。古菌以其在极端环境（如热泉和盐碱地）中茁壮成长的能力而闻名，它们也与细菌共存于于多种环境中。现在，两组研究人员认为，这种邻近的关系可能促使数百种古菌进化出独特的化学防御能力，其中一些能够杀灭对传统抗生素产生耐药性的致病菌。尽管这些古菌化合物尚未被证实可直接作为药物，但研究结果强调这类微生物有望成为抗生素开发的宝藏库。

人工智能筛查在古菌中发现潜在抗生素，包括那些生存在黄石国家公园热泉中的物种。图片来源：Peter Adams/Avalon/Universal Images Group via Getty Images

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相关研究发表在《自然微生物学》和《公共科学图书馆-生物学》上，美国麻省理工学院专注于抗生素发现的生物工程师Jim Collins说：“我们此前忽视了古菌的研究。” 古菌没有与细菌相同的外围细胞壁，也没有真核生物的独立细胞核和膜结合细胞器。现基于这些古菌与细菌和真核生物的遗传和生化差异，曾被认为是细菌的古菌被认为是一个独立的域。然而，古菌、细菌和单细胞真核生物在许多环境中都生活在一起，比如在人的消化道中参与甲烷生成，在白蚁的后肠中辅助分解木材。英国牛津大学生物化学家 Tobias Warnecke指出："若同处一个生态位，它们之间理应不能和谐共处。"

为探究潜在冲突是否会促使古菌产生抗生素，美国宾夕法尼亚大学的生物分子工程师Cesar de la Fuente领导的研究人员训练了一种人工智能（AI）算法来扫描古菌蛋白质组——生物体全部蛋白质的完整氨基酸序列。他们寻找具有抗菌特性的加密肽，这类蛋白质片段通常由大蛋白质分解产生。最后在扫描的233种古细菌蛋白质组中，发现了超过12600种可能加密肽。

研究团队进一步团队合成了80个最具潜力的肽，研究结果显示93%的肽在体外对金黄色葡萄球菌和肺炎克雷伯菌等危险的人类病原体表现出抗菌活性。进一步的体外研究表明，大多数抗菌肽通过使细菌内部细胞质膜去极化来杀菌，这与常见抗菌肽破坏细胞外膜的策略截然不同

在今天发表在《公共科学图书馆-生物学》上的另一项研究中，Warnecke和他的同事从另一个方向研究了古菌的抗菌作用。细菌不同于古菌，其细胞质膜外包裹着一种叫做肽聚糖的多肽聚合成的网状壁。因此，他们想探究古菌是否含有可降解肽聚糖的水解酶，以保护自己免受细菌入侵。事实上，研究小组在他们调查的3700多种古菌中发现了5%的酶，蛋白质结构分析表明，许多酶会被分泌至细胞外，Warnecke研究小组甚至发现，某些古菌具备类似注射器的分子注射器，用于向细菌递送蛋白质。实验室测试中，一些水解酶会瓦解细菌的肽聚糖并致其死亡。

Warnecke和de la Fuente均强调，新发现的酶和肽距离临床药物仍相距甚远。但他们一致认为，古菌中还有更多的抗生素资源有待发现。Warnecke总结道：“这可能只是冰山一角。”

相关论文信息：https://doi.org/10.1126/science.zlxtqg8