在当今的医疗领域，抗生素在对抗细菌感染方面发挥着关键作用。这些由细菌和真菌产生的有效化合物可以作为抵御微生物攻击的天然防御手段。一组研究人员深入研究了糖肽抗生素的复杂世界——对抗耐药病原体的重要资源——以揭示其进化起源。Demi Iftime 博士和 Martina Adamek 博士领导了这个跨学科项目，由蒂宾根大学“控制微生物对抗感染”卓越集群的 Evi Stegmann 和 Nadine Ziemert 教授指导，并得到 Max Cryle 教授和 Mathias 博士的支持汉森来自澳大利亚莫纳什大学。
研究小组利用先进的生物信息学，试图破译古代糖肽抗生素的化学蓝图。通过了解它们的进化轨迹，研究人员正在寻找可以指导未来医疗应用抗生素开发的见解。该团队的研究成果发表在最新一期的《自然通讯》杂志上。
追踪进化路径
Evi Stegmann 解释道：“抗生素是在不同生物体之间持续不断的进化拉锯战中出现的，每个生物体都在努力智取对手或遏制对手的传播。” 为了探索这一点，研究人员利用了糖肽抗生素替考拉宁和万古霉素，以及来自特定细菌菌株的相关化合物。这些由氨基酸和糖组成的化合物会破坏细菌细胞壁的结构，最终导致细菌死亡。值得注意的是，替考拉宁和万古霉素对多种人类病原体表现出这种效力。
简而言之，科学家经常将物种组织成进化树结构来说明它们的关系。同样，研究小组构建了已知糖肽抗生素的家谱，通过编码其蓝图的基因簇将它们的化学结构连接起来。他们利用生物信息学算法，推导出这些抗生素的假定祖先形式，并将其称为“古霉素”。通过重建他们认为产生古霉素的遗传途径，研究小组成功合成了这种化合物，该化合物在测试中显示出抗生素特性。“重建这样一个古老的分子令人兴奋，就像让恐龙或长毛猛犸象复活一样，”齐默特评论道。
将进化与实用联系起来
“一个有趣的发现是所有糖肽抗生素都源自一个共同的前体，”Stegmann 说。“此外，古霉素的核心结构反映了替考拉宁的复杂性，而万古霉素则表现出更简单的核心。我们推测，最近的进化简化了后者的结构，但其抗生素功能保持不变，”Ziemert 补充道。该抗生素家族虽然对产生抗生素的细菌有益，但由于其复杂的化学成分，需要大量能量。在保持功效的同时简化这种复杂性可能会带来进化优势。
研究人员仔细追踪了这些抗生素的进化及其潜在的基因序列，研究了创建功能分子所需的关键步骤。与澳大利亚科学家合作，其中一些步骤在实验室环境中进行了复制。“这段时间之旅揭示了对细菌抗生素途径进化和自然优化策略的深刻见解，从而产生了现代糖肽抗生素，”齐默特说。“这为我们利用生物技术推进这一关键抗生素组奠定了坚实的基础。”
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