研讨称号：A metagenomic strategy for harnessing the chemical repertoire of the human microbiome
期刊：Science
宣布时刻：2019年10月3日
IF：41.037
DOI:10.1126/science.aax9176
人类历史上第一个承受青霉素临床医治的患者，是一名40多岁的差人：Albert Alexander。
依据广为流传的说法，1940年初秋，在牛津郡伍顿美丽的小村庄，Alexander在花园里修剪玫瑰时刺伤了自己，并因而患上了败血症。
状况十分不妙。Alexander敏捷恶化，抵达牛津的拉德克利夫医务室时，他全身都是脓肿，并且现已失去了一只眼睛。
其时，青霉素已在试验室中治好了啮齿动物的感染，并在一名绝症志愿者中证明了安全性。在施用青霉素后，一夜之间，Alexander取得“时刻短而敏捷的缓解”。
1928年，亚历山大 弗莱明在发霉的培育皿上偶尔发现了青霉素，由此敞开了医学新纪元。
这是一种由青霉真菌发生的天然化合物，对细菌具有毒性，但能够安全地用于人类。
在二战中，青霉素拯救了数十万人的生命。
自从1928年弗莱明发现青霉素今后，真菌的抗菌活性已被研讨了近百年时刻。这以后包含链霉素（一种从霉菌中提取的药物）在内的其他发现进一步说明，看似简略的有机体，是怎样发生杂乱生物活性分子的。
但是，最近《Science》刊登的一则来自普林斯顿大学Yuki Sugimoto团队的研讨标明：
类似于从真菌中提取药物的场景，也或许发生在人类肠道、口腔等部位的细菌群落中。
分子生物学家Yuki Sugimoto博士，图源：Princeton University
Sugimoto和他的搭档称，人类微生物群是判定新药化学结构的无与伦比的资源。
“咱们发现，在临床上运用的许多分子，被广泛地编码于人体微生物群中，它们对附近的微生物具有强壮的抗菌活性”，Sugimoto研讨小组在《Science》杂志上写道，“咱们所发明的一种新办法，为体系提醒人类微生物组编码的化学基因铺平了路途”。
这项新的生物信息学办法，名为metaBGC（metagenomic identifier of Biosynthetic Gene Clusters）。这是一种根据“读取”（read）的算法，能够让科学家们从人类微生物群中发现之前从未被报导过的小分子。
metaBGC算法概要。
该算法答应在不需要细菌培育或测序的状况下，直接在人类微生物组衍生的宏基因组测序数据中辨认小分子BGCs ；
它的构建根据“概括隐马尔可夫模型”（profile Hidden Markov Models，pHMMs) ，可在单一的宏基因组读取水平上辨认、定量和集合微生物组衍生的BGCs（图中B区）。
微生物衍生小分子的判定和表征十分重要。乃至能够说，它是科学家们从机制层面，研讨微生物与各种疾病相关性的要害一环。
这是由于，这些小分子能够经过靶向人类细胞或受体（微生物-宿主互作），或经过竞赛/协作影响微生物组的其他成员（微生物-微生物互作）并直接介导其功用。
在本次试验中，研讨人员从此前的3个大型行列研讨（人类微生物组项目1、2和metaHIT）中，取得了来自口腔、肠道、皮肤3个部位的、超越2500个样本，并直接从人类微生物组的宏基因组数据会集，发现了13个完好的新式酶：TII-PKS BGCs（Ⅱ型聚酮合酶生物组成基因簇）。
你或许了解“TII-PKS酶”。它关于出产抗生素（四环素）和抗癌药（阿霉素）很要害。并且，这种酶的基因在微生物基因组中适当稀有。
但实际上，这些相对“稀有”的基因簇，在约50%的样本中都存在，并至少带着一种BGC（生物组成基因簇）。
研讨人员在全球（美国、丹麦、西班牙、斐济、我国）的2544个人类样本（660名受试者）中验证发现，不论地理位置、饮食习惯怎样，所有人都具有这些分子的基因。
“它们并不稀有，仅仅曾经没人见过”，该研讨的作者之一Donia说。
更令人兴奋的是，在新发现的13个TII-PKS BGCs中，有2种BGCs在结构或生物活性上与临床上运用的药物很类似——这激烈激发了他们下一步对这类BGC进行功用研讨的爱好。
Sugimoto以为，这项研讨结果，不仅是从分子水平上说明微生物-宿主互作的重要途径，并且还将成为从人体内部发现药物的前所未有的资源库。
Yuki Sugimoto博士及其搭档的研讨成果，宣布于10月3日的《Science》
他领导的这支生物勘探小组，经过结合生物信息学与组成生物学，致力于辨认具有类“药物”效果的生物活性小分子。
他们所发掘的方向，是人类微生物组研讨中不断发展的一个新范畴。
近年来，跟着生物技术和制药公司的参加，这一范畴已从奥秘的试验室研讨转向一个价值数十亿美元的工业。假如你置疑微生物作为抗菌剂的潜力——想想青霉素是怎样发现的？
此次，普林斯顿大学创始的metaBGC算法，供给了一个泛化的渠道，特别合适研讨人员用于寻觅具有类药物效果的全新化学品。
“咱们以为，这一算法是一个通用战略，也是体系的战略。它不仅有助于快速剖析来自大型临床行列的宏基因组数据集，还提醒了人类微生物群所编码的化学序列——而这是了解微生物组在人类健康和疾病中效果中的火急一步”，Sugimoto写道。
