墨西哥熱帶雨林發現全新抗生素 或助農民更可持續種豆

抗生素抗藥性問題嚴重,尋找新型抗生素成刻不容緩的工作。最新刊於《自然通訊》的研究指,在墨西哥 Los Tuxtlas 的熱帶雨林土壤中,找到全新潛在抗生素 phazolicin 。該成份有破壞數類細菌合成蛋白質的能力,其獨特性或可助發展可持續農業。

羅格斯大學新布朗斯維克分校分子生物學家 Konstantin Severinov 的團隊於野生菜豆 (Phaseolus vulgaris) 植物的根瘤中發現 Phazolicin ,此成份由一種共生土壤細菌 Rhizobium sp. Pop5 製造。這些根瘤菌屬 (Rhizobia) 細菌會在豆類植物根部形成根瘤,幫助植物固氮 (nitrogen fixation) ,並會阻止有害細菌入侵。與其他根瘤菌屬最大分別是 Rhizobium sp. Pop5 還會製造抗生素 phazolicin 。固氮是將空氣中游離態的氮轉化為含氮化合物的過程,製造出的含氮化合物會被其他生物使用。

有 Rhizobium sp. Pop5 與沒有的菜豆植物健康差異。 Credit: Dmitrii Travin

Phazolicin 是核醣體 (ribosome) 產生的一類肽 (peptide) ,且可能具有多種生物學用途。據團隊說法,雖然現時有多種細菌被基因排序,但相對如放線菌屬或腸桿菌屬,根瘤菌的基因排序仍是非常少。

有關核醣體

核醣體會提取信使核糖核酸 (mRNA) 的訊息,製造出不同身體所需蛋白質,過程被稱為「轉譯」。

團隊以電腦和生物信息學分析,嘗試在野菜豆根瘤菌基因組中挖掘任何有用的天然產物,亦因此找到 phazolicin 。

實驗研究結果顯示, phazolicin 除了可攻擊數類細菌細胞,更可直接進入多種細菌中,並與其核糖體結合,從而破壞細菌合成蛋白質的能力,而這類破壞細菌方式是迄今已知第二種肽可以做到。另外,團隊發現, phazolicin 有潛在抗生素特性外,亦可直接幫助植物抵抗有害細菌。

領導研究的羅格斯大學新布朗斯維克分校分子生物學家 Konstantin Severinov 指,希望證明該細菌可作為「植物益生菌」,因為 phazolicin 可防止其他可能有害的細菌在重要農業植物的根系中生長。

像人類益生菌一樣,這類「植物益生菌」也需要在肥料中混合「好」的微生物,才能保護各種豆類,如豌豆、鷹嘴豆、扁豆,又或花生等免受有害細菌侵害,從而更可持續地提高產量。

來源:
Science Alert, A New Antibiotic Has Been Discovered in The Soil of a Mexican Rainforest, 9 October 2019

報告:
Travin, D.Y., Watson, Z.L., Metelev, M. & et al. (2019). Structure of ribosome-bound azole-modified peptide phazolicin rationalizes its species-specific mode of bacterial translation inhibition. Nature Communications volume 10, Article number: 4563 (2019). doi: 10.1038/s41467-019-12589-5

文/Alan Chiu 、審核/Edward Ho

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