研究人员正在研究神秘且抗生素耐药的潘多雷菌（Pandoraea），并发现了令人惊讶的新情况：这些病原体不仅具有威胁性，还能产生强大的天然化合物。通过研究一个新发现的名为pan的基因簇，科学家们鉴定出两种新的分子——潘多拉杆菌素A和B，这些分子使细菌能够在缺铁环境中窃取铁元素，从而在人体等缺铁环境中获得生存优势。这些分子还通过剥夺竞争对手的铁元素来抑制其他细菌的生长，可能重塑囊性纤维化等疾病中的微生物群落。
潘多雷菌属细菌到目前为止还没有被广泛研究。它们的名字让人联想到希腊神话中的潘多拉盒子，象征着不可控制的危险。“我们一直在研究一种抗生素耐药细菌，”埃琳娜·赫尔佐格说。她是该研究的第一作者，也是莱布尼茨天然产物研究与感染生物学研究所（Leibniz-HKI）克里斯蒂安·赫特韦克团队的博士研究员。然而，就像自然界中的许多事物一样，这些致病细菌不仅具有负面特性。“潘多雷菌不仅有风险，还产生具有抗菌效果的天然产物。”
尽管潘多雷菌对健康构成高风险，但直到现在，其分子特性几乎不为人所知。“我们只知道这些细菌存在于自然环境中，并且在囊性纤维化或败血症患者的肺部微生物群中发现过，”赫尔佐格解释道。
争夺铁元素
对于大多数生物来说，铁元素都是必不可少的。“铁元素在酶和生物体的呼吸链中起着核心作用，”赫尔佐格解释说。特别是在像人体这样缺铁的环境中，吸收这种元素的条件并不理想。许多微生物因此会产生所谓的铁载体：小分子，可以从环境中结合铁并将其运输到细胞内。
“然而，在潘多雷菌中，我们尚未发现任何可以帮助它们在这种竞争环境中生存的毒力因子或生态位因素，”赫尔佐格说。因此，研究小组希望弄清楚潘多雷菌株是如何在这种竞争环境中生存的。
通过生物信息学分析，研究小组发现了一个以前未知的基因簇，称为pan。它编码一种非核糖体肽合成酶——这是生产铁载体的典型酶。“我们从基因簇分析开始，专门寻找可能负责铁载体生产的基因，”赫尔佐格报告说。
通过有针对性地失活基因以及基于培养的方法和最先进的分析技术——包括质谱、核磁共振光谱、化学降解和衍生化——耶拿的研究人员成功地分离出了两种新的天然产物，并阐明了它们的化学结构：潘多拉杆菌素A和B。这两种物质都能络合铁，并可能在潘多雷菌株如何在困难环境中生存方面发挥重要作用。“这些分子帮助细菌在环境中铁元素稀缺时摄取铁，”赫尔佐格说。
减少铁元素，减少竞争对手
生物测定还表明，潘多拉杆菌素通过剥夺竞争对手的铁元素，抑制了其他细菌如假单胞菌、分枝杆菌和斯氏不动杆菌的生长。
对囊性纤维化患者肺部痰液样本的进一步分析显示，检测到pan基因簇与肺部微生物群的变化相关。潘多拉杆菌素可能直接影响患病肺部的微生物群落。
“然而，目前还为时过早，无法从这些发现中推导出医学应用，”赫尔佐格强调。不过，这一发现提供了关于潘多雷菌属细菌生存策略的重要信息，以及人体内重要资源竞争的复杂性。
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