介绍一篇发表在ACS Central Science上的文章“An Antifungal with a Novel Mechanism of Action Discovered via Resistance Gene-Guided Genome Mining”。通讯作者是来自美国生物制药公司Hexagon Bio的Menlo Park博士。

每年导致超过250万人死亡的侵袭性真菌感染是公共卫生的重要威胁。目前，临床抗真菌药物（包括唑类、棘白菌素类和多烯类）面临着耐药性逐年上升的问题。因此，开发具有新作用机制的新型抗真菌药物是一项迫切的研究需求。由于人类与真菌在蛋白质和通路水平的高度保守性，在病原体真菌中存在但在人体内不存在的抗真菌靶点极为罕见。支链氨基酸（branched chain amino acids, BCAA）生物合成是真菌生存所必需的代谢通路，其中乙酰乳酸合成酶（acetolactatesynthase, ALS）作为该通路的第一个关键酶，在人类基因中并不存在，因此成为有吸引力的抗真菌靶点。

本研究采用的抗性基因导向的基因组挖掘（Resistance Gene-Guided Genome Mining）策略是近年来天然产物发现领域的重要方法学创新。该方法的关键在于：真菌生物合成基因簇（BGC）中常含有与产物靶点同源的抗性基因，这种"自抗性"机制是真菌保护自身免受所产生毒素伤害的进化策略。研究团队系统性地挖掘真菌基因组数据库，寻找含有与酿酒酵母中ALS对应编码基因的同源抗性基因，以及该同源抗性基因的对应BGC。通过这一策略，研究人员在土曲霉（Aspergillus terreus）基因组中鉴定出一个新型BGC（命名为sdtBGC），该基因簇包含一个与ALS同源的基因，并提示其产物可能靶向ALS。

研究团队采用了两种互补策略：原位转录因子激活（过表达sdtBGC内的转录因子sdtE）和异源表达（在构巢曲霉中重构完整基因簇）。这种双重策略确保了基因簇的全面激活和产物的有效鉴定。作者成功鉴定出sdtBGC的产物——HB-35018（化合物1），该化合物具有复杂的螺环结构，其绝对构型通过X射线晶体学确证。通过正向遗传学筛选，研究团队在酿酒酵母中获得了对HB-35018具有抗性的突变株。全基因组测序显示，23/24个抗性克隆在ILV2基因（编码ALS）上携带突变，提示ALS是HB-35018的靶点。

作者通过质谱分析和冷冻电镜结构解析揭示了HB-35018独特的作用机制：该化合物通过其C1位酮基与ALS的Lys310残基形成共价酰胺键，结合过程伴随C1-C2’键的断裂，释放环张力，实现不可逆的共价修饰，这种"应变释放"驱动的共价结合模式在天然产物中尚属首次报道。生化实验证实，HB-35018对多种致病真菌的ALS（包括烟曲霉、白色念珠菌和酿酒酵母）具有强效抑制作用，且由于ALS在人类中不存在，在100 μM浓度下HB-35018对原代人脐静脉内皮细胞、肝细胞和肝癌细胞系无细胞毒性。

总的来说，本文通过抗性基因导向的基因组挖掘策略，成功发现了新型抗真菌天然产物HB-35018，并系统阐明了其作用机制和生物合成途径。该研究展示了基因组挖掘在现代药物发现中的强大潜力，并具有巨大的临床应用价值。

本文作者：FTY

责任编辑：ZCL

DOI：10.1021/acscentsci.5c02019

原文链接：https://doi.org/10.1021/acscentsci.5c02019