1928年，亞歷山大?弗萊明（Alexander Fleming）在倫敦圣瑪麗醫(yī)院的醫(yī)學(xué)院工作時(shí)發(fā)現(xiàn)了第一種抗生素——青霉素（penicillin）。這種抗生素是由青霉屬中的霉菌產(chǎn)生的，能夠抑制葡萄球菌的生長(zhǎng)。憑借此項(xiàng)發(fā)現(xiàn)，弗萊明在1945年被授予諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。

之后，弗萊明所發(fā)現(xiàn)的青霉菌菌種被交給牛津大學(xué)的研究小組保存。如今，來(lái)自倫敦帝國(guó)理工學(xué)院、牛津大學(xué)和應(yīng)用生物科學(xué)中心（CABI）的研究人員利用五十多年前冷凍保存的樣本，對(duì)這個(gè)原始青霉菌菌株開(kāi)展了基因組測(cè)序。這項(xiàng)成果于9月24日發(fā)表在《Scientific Reports》雜志上。

研究小組還將弗萊明的青霉菌菌株和美國(guó)現(xiàn)在大規(guī)模生產(chǎn)抗生素所用的菌株進(jìn)行比較。他們發(fā)現(xiàn)，英國(guó)菌株和美國(guó)菌株生產(chǎn)青霉素的方式略有不同，這可能對(duì)抗生素的工業(yè)生產(chǎn)有意義。

帝國(guó)理工學(xué)院生命科學(xué)系和牛津大學(xué)動(dòng)物學(xué)系的Timothy Barraclough教授說(shuō)：“我們?cè)敬蛩銓啔v山大?弗萊明的青霉菌用于一些其他實(shí)驗(yàn)，但讓我們驚訝的是，沒(méi)有人對(duì)這個(gè)原始的青霉菌基因組進(jìn)行測(cè)序，盡管它在生物界具有歷史意義。”

盡管弗萊明霉菌因青霉素的發(fā)現(xiàn)而聞名，但后來(lái)美國(guó)研究人員卻選擇發(fā)霉哈密瓜上的霉菌來(lái)生產(chǎn)抗生素。他們從發(fā)霉的哈密瓜上分離出原始的野生霉菌分離株，經(jīng)過(guò)多輪X射線、化學(xué)和紫外線誘變以及人工選擇，終獲得青霉素產(chǎn)量高的分離株。

在這項(xiàng)研究中，研究團(tuán)隊(duì)獲得了保存在CABI菌種保藏庫(kù)中的冷凍樣本，并重新培養(yǎng)了弗萊明的原始青霉菌（Penicillium rubens）。他們提取出DNA，利用Illumina MiSeq測(cè)序平臺(tái)開(kāi)展基因組測(cè)序，并將此基因組與先前發(fā)表的兩種青霉屬工業(yè)菌株的基因組進(jìn)行比較。

研究人員特別關(guān)注兩類基因：一類是編碼各種酶的基因（pcbAB、pcbC和penDE），青霉菌利用這些酶來(lái)產(chǎn)生青霉素；另一類是調(diào)控基因，這些基因能夠控制酶的產(chǎn)量。

他們發(fā)現(xiàn)，對(duì)于英國(guó)和美國(guó)的菌株，調(diào)控基因有著相同的遺傳密碼，但美國(guó)菌株擁有更多的拷貝，使得菌株產(chǎn)生更多的青霉素。不過(guò)，青霉素生產(chǎn)酶的編碼基因卻不相同。這表明，英國(guó)和美國(guó)的野生青霉菌經(jīng)過(guò)自然進(jìn)化，產(chǎn)生了略有不同的版本。

像青霉菌這樣的霉菌會(huì)產(chǎn)生抗生素來(lái)對(duì)付微生物，而微生物也會(huì)不斷進(jìn)化以躲避這些攻擊，如此這般，“軍備競(jìng)賽”不斷升級(jí)。英國(guó)菌株和美國(guó)菌株的進(jìn)化方式可能不同，以適當(dāng)其當(dāng)?shù)氐奈⑸铩?/p>

就目前而言，微生物進(jìn)化已成為一個(gè)大問(wèn)題，因?yàn)樵S多細(xì)菌已對(duì)我們的抗生素產(chǎn)生了耐藥性。研究人員表示，盡管他們尚不清楚英國(guó)和美國(guó)菌株中不同酶的序列對(duì)抗生素有何影響，但這有望帶來(lái)青霉素生產(chǎn)的新方法。

文章的第1作者、帝國(guó)理工學(xué)院生命科學(xué)系的Ayush Pathak表示：“我們的研究有望激發(fā)對(duì)抗耐藥性的新解決方案。青霉素的工業(yè)生產(chǎn)主要關(guān)注產(chǎn)量，而人為提高產(chǎn)量的步驟導(dǎo)致基因數(shù)量的改變。”