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墨西哥熱帶雨林發現全新抗生素 或助農民更可持續種豆

2019/10/10 — 14:04

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

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

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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。

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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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