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通过研究难以培养的土壤细菌发现了新的抗生素 这一成果如何申请专利？

专利代理 发布时间：2025-09-13 15:15:30 浏览: 次


大多数细菌无法在实验室中培养，这对医学来说是个坏消息。许多我们一线使用的抗生素都源自微生物，然而随着抗生素耐药性的传播和药物研发管道的枯竭，我们脚下的土壤中隐藏着一个巨大的、未被开发的、拯救生命的化合物储存库。
 
现在，研究人员已经开发出一种方法来访问这个微生物宝库。他们的方法发表在Nature Biotechnology上，通过直接从土壤中提取非常大的DNA片段，绕过了在实验室中培养细菌的需要，拼凑出以前隐藏的微生物的基因组，然后从这些基因组中挖掘生物活性分子。
 
从单一的森林样本中，研究团队生成了数百个前所未见的完整细菌基因组，以及两种新的抗生素候选物。这些发现提供了一种可扩展的方法来搜寻无法培养的细菌以获得新的药物候选物，并揭示了塑造我们环境的广阔未知微生物边界。
 
我们终于有了可以窥见以前人类无法触及的微生物世界的技术，洛克菲勒大学遗传编码小分子实验室主任Sean F. Brady说，不仅仅是在获取这些信息，我们已经将它们转化为潜在有用的抗生素，这只是冰山一角。
 
在寻找细菌时，土壤是一个显而易见的选择，它是地球上最大的、生物多样性最高的细菌储存库，一茶匙的土壤中可能包含成千上万种不同的细菌，许多重要的药物，包括我们大部分的抗生素，都是在可以在实验室中培养的那小部分土壤细菌中发现的。
 
然而，我们对地球上数以百万计的微生物知之甚少。科学家们怀疑这些隐藏的细菌不仅蕴藏着未被开发的新疗法的潜力，还提供了微生物如何影响气候、农业和我们所生活的更大环境的线索。在世界各地都有一种隐藏的微生物生态系统，可能对我们的生活产生重大影响。
 
团队优化了一种直接从土壤中分离出大块高质量DNA片段的方法。将这一进展与新兴的长读长纳米孔测序技术结合，布赖迪实验室的博士后研究员简·伯尔安（Jan Burian）能够生成长达数万碱基对的连续DNA片段，比之前任何技术都能管理的长度长200倍。土壤DNA包含大量不同的细菌；没有这样的大DNA序列，将复杂的遗传拼图分解为完整且连续的细菌基因组变得极其困难。
 
从更大的DNA片段拼接出整个基因组要容易得多，而不是之前可用的数百万个微小片段。
 
独特的分子，如细菌产生的抗生素，被称为“天然产物”。为了将新发现的序列转化为生物活性分子，该团队应用了一种合成生物信息学天然产物（synBNP）方法。他们通过基因组数据直接预测天然产物的化学结构，然后在实验室中进行化学合成。通过synBNP方法，Brady及其同事成功地将未培养细菌的遗传蓝图转化为实际分子，包括两种强效的抗生素。
 
布雷迪描述了该方法，该方法具有可扩展性，并且可以适应几乎任何超越土壤的宏基因组空间，他将其描述为开启微生物学新时代的三步策略：分离大DNA，对其测序，并将其计算转换为有用的东西。
 
团队的方法产生了2.5万亿对序列数据，这是迄今为止对单一土壤样本进行的最深入的长读长探索。他们的分析揭示了数百个完整的连续细菌基因组，其中超过99%的细菌是科学上全新的，并确定了细菌家族树16个主要分支中的成员。
 
发现的两种主要化合物可能具有强大的抗生素效果。其中一种名为erutacidin，通过与脂质心磷脂的非常见相互作用破坏细菌膜，并且对最具挑战性的耐药细菌也有效。另一种名为trigintamicin，作用于一种名为ClpX的蛋白质 unfold，这是罕见的抗菌靶点。
 
这些发现仅仅是个开始，该研究证明，以前无法访问的微生物基因组现在可以被解码，并且可以在不培养这些生物体的情况下大规模提取生物活性分子。解锁微生物暗物质的遗传潜力还可能为维持生态系统的隐藏微生物网络提供新的见解。
 
研究可培养细菌推动了有助于塑造现代世界的技术进步，而最终看到并获取未培养的大多数将引领新一代的发现。
 
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