研究人员发现了首个已知的微菌素，一种针对霍乱细菌的天然抗菌素。每年，有超过一百万人死于抗微生物药物耐药病原体引起的感染，这一问题正在加剧。同时，为抗击这些感染而发现的新抗微生物药物的速度并没有跟上。
德克萨斯大学奥斯汀分校的一个团队在一种称为微菌素的天然抗菌素类别中看到了希望。这些微菌素是由肠道细菌产生的，使其能够在竞争中胜过其他细菌菌株。在最近的两项研究中，研究人员识别出第一个针对霍乱致病细菌的微菌素，并描述了一种利用人工智能在细菌基因组中发现微菌素的技术。
德克萨斯大学分子生物科学教授、研究的主要作者布莱恩·戴维斯说：“想象一个未来，你可以食用含有产生微菌素的益生菌的酸奶，以帮助预防或治疗霍乱、有害的大肠杆菌、炎症性肠病甚至结肠癌。这个概念是引入有益细菌，让它们在肠道中持续产生微菌素，从而抵御特定的病原体。”
《Cell Host & Microbe》杂志上 featured 的霍乱研究由德克萨斯大学的博士候选人金善英主导。
霍乱是一种由霍乱弧菌引起的严重腹泻疾病，可能导致迅速脱水，并在数小时内致命。根据世界卫生组织的数据，霍乱每年在全球造成约21,000到143,000人死亡。另一种肠道细菌被认为会引发炎症性肠病的发作，而还有一种与结肠癌的进展有关。这些状况都可能被微菌素针对。
微菌素的作用非常特异，通常攻击特定细菌，这与传统抗生素不同，后者可以在无差别地杀死有害和有益细菌。这种选择性意味着微菌素有可能在不破坏对整体健康至关重要的肠道微生物组的微妙平衡的情况下，消除不需要的细菌。此外，由于它们的作用机制不同于传统抗生素，它们可能仍然有效对抗已开发出抗药性细菌。
在细菌基因组中找到微菌素是具有挑战性的，因为它们的遗传序列短且多样。为此，该团队在霍乱弧菌基因组中搜索一种称为PCAT的大型蛋白，PCAT与微菌素相关，并负责将它们从产生细菌中转运到目标细菌上。这就像是使用熟悉的地标引导朋友到你家（“我距离消防局只有两个门的距离。”）。
研究人员从非致病性霍乱弧菌菌株中识别出了大约二十种候选微菌素。他们证明，其中一种名为MvcC的微菌素可以杀死致病性霍乱弧菌菌株。从本质上讲，它是一种让一种细菌菌株在竞争中击败其亲属的自然策略。
戴维斯指出：“你的肠道中已经有细菌在产生微菌素。它们是细菌群落组织和相互作用的自然组成部分。”
那么，产生微菌素的霍乱弧菌菌株如何避免自我损害呢？
研究人员发现，这些产生微菌素的霍乱弧菌菌株还会产生一种称为免疫蛋白酶的保护物质。他们展示了在感染了致病性和非致病性霍乱弧菌的小鼠中，表达微菌素的细菌相较于没有微菌素的细菌具有竞争优势。
研究人员计划在霍乱相关工作中朝三个主要方向推进：
- 修改反霍乱微菌素MvcC，提高其对霍乱弧菌的致死性，并改善其在人体内的稳定性。
- 创造多种反霍乱微菌素的组合，以防止抗微生物耐药性的出现。
- 识别哪些微菌素产生细菌菌株在生成和传递微菌素到肠道病原体方面最有效。
在即将发布的相关论文中，科学家们概述了一种新的基于人工智能的方法，用于识别额外的微菌素候选者。这种方法利用蛋白质大语言模型——生物学上的等同于支持聊天机器人（如ChatGPT）的生成性人工智能模型——识别与已知微菌素相似的序列。这是团队正在尝试的几种基于人工智能的方法之一，希望能够促进进一步的微菌素发现。
德克萨斯大学整合生物学和统计学教授、即将发布论文的合著者克劳斯·威尔克说：“微菌素生物学非常独特，并且显著未被探索。这使其成为一个具有巨大潜力的新发现的研究领域。”
这项研究得到了威尔奇基金会、美国国立卫生研究院、美国陆军研究办公室、温克勒家族基金会和蒂托手工伏特加酒的支持。
