科学家首次发现能够自身合成并分泌抗生素的贝类

互推小编 2023-12-08

提到抗生素，大家首先想到的是微生物，微生物合成并分泌抗生素，用于抑制或杀灭其他竞争微生物。你知道动物也能产生抗生素吗？近日，中国科学院海洋研究所刘保忠研究团队联合美国卡内基研究所的科学家在《美国科学院院报》（PNAS）发表研究论文，首次发现一种蛤能够自己合成、储存并分泌一种抗生素——红霉素。

“秘密法宝”应对严酷生境

故事的主人公文蛤，是一种营浅海滩涂埋栖生活的贝类，它平时将自己埋在泥沙中，周围充斥着大量的细菌等微生物，却能够茁壮成长并自得其乐。这不免使人疑惑：它是如何坦然面对这种“严酷”的生存环境呢？除了两片贝壳的保护，研究新发现了这种蛤通过长期进化获得了一个“秘密法宝”，这个法宝就藏在他贝壳下的外套膜中。作为包裹蛤软体部的一种组织结构，外套膜上皮可以与环境亲密接触，直面周围大量的微生物，这就需要将外套膜武装起来。研究者通过显微水平的组织原位检测，确定外套膜上皮具有一群特殊的“粘液细胞”，这些粘液细胞能够合成并储存红霉素，储存的红霉素可以随着粘液一同被分泌到体外，从而构筑了一道保护蛤免受微生物侵扰的免疫“盔甲”。

埋在泥沙中生活的蛤

蛤外套膜上皮中的红霉素合成部位（绿色区域）

“趋同进化”赋予新的功能

令人好奇的是，文蛤是如何获得合成红霉素的能力的呢？首先要从红霉素说起。家喻户晓的红霉素是一种大环内酯类抗生素，最早从一种放线菌糖多孢红霉菌的分泌物中发现。红霉素能通过抑制细菌蛋白质合成发挥抗菌作用，因其广谱高效性被广泛应用于医药领域。海洋研究所科学家在对文蛤的研究中惊奇地发现了红霉素合成基因，进一步研究发现该基因表达在文蛤外套膜合成红霉素的粘液细胞中。弄清该基因的来源对于解释蛤是如何获得合成红霉素的能力至关重要。一种可能是该基因来源于蛤体内的微生物，从而帮助蛤合成了红霉素；另一种可能是该基因来源于文蛤本身，其在长期进化中产生了与放线菌相应基因相似的功能，即“趋同进化”。研究者通过对此基因进行序列分析、进化分析和遗传分析等，证实该基因来源于蛤本身，其遗传特征符合孟德尔遗传定律，并且在其他贝类中也发现了类似的基因。同时，通过对文蛤体内的所有微生物进行检测，并没有发现糖多孢红霉菌。因此，研究结果支持“趋同进化”赋予了蛤这种新的功能。

“合成分泌抗生素，这是文蛤独特的生存策略？还是意味着其他埋栖动物甚至更高等的动物也具有制造抗生素的功能？更多的科学之谜有待于我们进一步的研究。”论文第一作者岳欣博士说。可以肯定的是，这一发现揭示了贝类适应环境与抵御微生物侵染的新策略，更新了我们对埋栖贝类的认识。我们在感叹大自然的奇妙的同时，也为抗生素开发提供了新的选择。

来源：中国科学院海洋研究所

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