20世纪,抗生素的发现和发展改变了医学,其中绝大多数抗生素来自一个来源:土壤细菌。
但我们似乎已经耗尽了供应。致病病原体对现有抗生素的耐药性正在增加,危及数百万人的生命,并造成数十亿美元的损失。对土壤细菌的新调查往往会发现旧的化学物质。而且很少有制药公司在开发新的抗生素药物。
但同一类细菌为我们提供了许多抗生素,被称为链霉菌属不仅在土壤中安家,还在包括昆虫在内的所有地方安家。威斯康辛大学麦迪逊分校的细菌学教授卡梅隆·柯里(Cameron Currie)已经表明,一些与昆虫有关的微生物可以为宿主提供抗感染的保护,这表明昆虫和它们的微生物群可能是人类医学中使用的抗生素的丰富新来源。
于是,Currie和一组合作者开始对这个想法进行数千次的测试。在对从北美和南美不同环境中收集的1400多种昆虫的微生物进行详尽搜索后,Currie的团队发现,昆虫传播的微生物在阻止一些最常见和最危险的抗生素抗性病原体方面往往优于土壤细菌。
在他们的工作中,科学家们从一种巴西种植真菌的蚂蚁身上发现了一种新的抗生素,并将其命名为cyphomycin。在实验室测试中,Cyphomycin对大多数其他抗生素具有耐药性的真菌有效,并在小鼠模型中对抗真菌感染而不产生毒副作用。研究人员已经提交了一项基于环霉素的专利,因为它在这些早期测试中的有效性,这使得该团队开始做环霉素在开发成临床使用的新药之前需要做的重要的额外工作。
这项研究是迄今为止规模最大、最彻底的评估昆虫相关微生物抗生素活性的研究。
这项研究发表在1月31日的《科学》杂志上自然通讯。这项研究是由Currie实验室的研究生Marc Chevrette与威斯康星大学麦迪逊分校药学院、威斯康星大学医学和公共卫生学院以及北美和南美的其他几家机构的合作者共同领导的。
链霉菌属大约在3.8亿年前进化而来,此后分化成许多谱系,其中一些更常见于土壤中或与昆虫有关。这种进化距离意味着与昆虫相关的微生物已经适应了它们自己独特的环境背景。
“如果你在不同的进化背景下观察,你会发现新的化学反应,”Chevrette说。
为了调查大部分昆虫的多样性,Currie团队收集了所有主要昆虫群体的2500多种物种,包括苍蝇、蚂蚁和蜜蜂、飞蛾和蝴蝶、甲虫等。大约三分之一是在热带地区收集的,另外三分之一来自温带气候,剩下的来自北极或其他地区。
“我们可以在几天内收集400只昆虫,”Currie说,他自己的收集任务让他在冬天去了夏威夷。
这些昆虫中有一半以上携带了正确种类的细菌。这些昆虫总共提供了1万多种微生物可供测试。研究小组从土壤或植物中分离出另外7000个菌株。
然后是实验——很多实验。
“我们研究的真正力量在于我们做了5万次,”Chevrette说。
这5万次试验测试了每种微生物抑制24种不同细菌和真菌生长的能力,其中许多细菌和真菌都具有甲氧西林耐药性金黄色葡萄球菌它被称为MRSA,对人类健康构成严重威胁。
与从土壤或植物中分离的微生物相比,与昆虫相关的微生物能够抑制这些细菌或真菌目标的生长的比例更大。
与西澳大学医学和公共卫生学院的医学微生物学教授大卫·安第斯一起爱博网投领导者,研究人员在老鼠身上测试了几十种有希望的微生物菌株对抗感染的能力。这些微生物的提取物有效地杀死了细菌和真菌病原体,并且很少有毒副作用。
为了进一步证明这一概念,该团队与药学院教授蒂姆·布格尼(Tim Bugni)合作,纯化了环霉素并确定了其化学结构。环霉素能够治疗小鼠感染白色念珠菌是一种机会性真菌病原体,经常感染免疫功能低下的人。环霉素对小鼠的毒性也很低。
通过在小鼠中证明有效的抗菌作用和低毒性,研究人员已经越过了开发用于人类临床的新抗生素的第一个障碍。但是许多有希望的药物在开发过程中失败了,这就是为什么在早期阶段确定多种候选抗生素很重要的原因。
Currie的团队对昆虫相关微生物是新型抗生素的有希望的来源并不感到惊讶。他们说,首先,昆虫可能有助于选择对动物无毒的抗生素。由于许多昆虫依靠微生物抗生素来对抗自身环境中不断进化的病原体,它们可能会选择能够克服常见耐药性机制的抗生素。
Currie说:“昆虫正在为我们进行勘探。”
这项工作得到了美国国立卫生研究院(拨款U19 Al109673, U19 TW009872,国家研究服务奖T32 GM008505)和国家科学基金(拨款MCB-0702025)的支持。
故事来源:
材料所提供的威斯康星大学麦迪逊分校。原著作者:埃里克·汉密尔顿。注:内容可能会根据风格和长度进行编辑。
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