文章转载自BIOB资讯
弧菌属(Vibrio sp.)是一类革兰氏阴性水生细菌，在水产养殖中引起弧菌病，造成了巨大的经济损失。利用抗生素治疗弧菌病引起了人们对抗生素耐药性的关注，探索潜在的抗生素替代品是至关重要的。
化合物的结构测定
本研究从北极内生真菌Penicillium sp. Z2230中分离得到7种化合物(化合物1 ~ 7)，用高分辨率电喷雾电离质谱(HRESIMS)测试，得到分子式，全面阐明了7个化合物的结构：(1)3-苄基-3,4-二氢-4-甲基-氢-1,4 -苯二氮平-2,5-二酮、(2)青霉肽A、(3)维菌醇、(4)环戊醇、(5)环菌素、(6)果糖庚素A和(7)3-氧-甲基维菌素。结构被确定为三种苯二氮卓类(1,4,5)，两种维伐他汀衍生物(3,7)，一种环肽(2)和一种二酮哌嗪(6)
图1 从Penicillium sp. Z2230中分离出的化合物的结构
抗弧菌活性
以V. parahaemolyticus, V. cholerae, V. vulnificus, 和 V. alginolyticus为实验对象，用不同浓度的化合物对7种化合物的抗弧菌活性进行了测定。通过对细菌培养物的OD600进行分析，评价化合物对细菌细胞生长的抑制作用，OD600与细菌细胞密度有关。化合物1、2、6、7各浓度培养物的OD600与对照菌培养物(未添加任何化合物)相比均无差异，说明这4种化合物不具有抗弧菌活性。结果表明，化合物3对四种弧菌均具有抑菌活性，化合物4和5对V. cholerae, V. vulnificus, 和 V. alginolyticus 均具有抑菌活性。
图2 化合物3、4和5的抗弧菌活性
V. parahaemolyticus (A)、V. cholerae (B)、V. vulnificus (C)、V.alginolyticus (D)的活性见柱状图。对照线表示对照细菌培养物的OD600，误差条代表标准三次平行重复的误差。
分子对接
通过分子对接探索了化合物3、4、5的抗菌机制，利用近年来在RCSB蛋白数据库(PDB)或UniProt数据库上报道的弧菌特异性靶标的三维(3D)晶体结构或同源模型进行分子对接。每次对接共生成50个构象，选择亲和性最好的构象作为最终的构象在PyMOL2软件中进行可视化。
对接结果表明， 肽脱甲酰基酶(PDF)与三种化合物对接时具有最低的结合能和更多的氢键。这表明PDF可能是与这三种化合物抑菌机制相关的潜在靶点。化合物3通过与V. parahaemolyticus PDF的5个氨基酸残基相互作用。化合物4和5以较少的H键和较高的结合能(-5.22到-5.70 kcal/mol)与蛋白质结合。
图3化合物3、4、5与V. parahaemolyticus PDF的分子对接图
(A)V. parahaemolyticus PDF上的结合能和氢键数。B-D图像显示了化合物3(B)、4 (C)和5 (D)与V. parahaemolyticus PDF对接的结合袋
化合物3与V. cholerae PDF结合时形成5个氢键，结合能为-7.97 kcal/mol。化合物4和5在与V. cholerae PDF结合时表现出相同的结合能-7.84 kcal/mol。
图4化合物3、4、5与V. cholerae PDF的分子对接图。
(A) V. Cholerae PDF上三种化合物的结合能和氢键数。B-D图像显示了化合物3(B)、4(C)和5(D)与V. cholerae PDF对接的结合袋
这三种化合物还与V. vulnificus PDF紧密结合。化合物3、4和5的结合能分别为−7.97、−7.57和−7.36 kcal/mol。
图5化合物3、4、5与普通镰刀菌PDF的分子对接。
(A)三种化合物在V. vulnificus PDF上的结合能和氢键数。B-D图像显示化合物3 (B)、4 (C)和5 (D)与V. vulnificus PDF对接的结合袋
这些对接物的低结合能表明化合物与目标(PDF)的强结合。
极端环境下的微生物更容易产生具有复杂结构和特殊生物活性的次生代谢产物。本研究从北极源青霉(Penicillium sp. Z2230)中分离鉴定了7个化合物，其中化合物3、4和5表现出较强的抗弧菌活性。这表明来自北极的青霉菌可能成为活性天然产物的可靠来源。在本研究中，活性化合物与PDF的牢固结合可能改变了蛋白质构象并影响了活性。PDF失活后，弧菌细胞中新生肽链的甲酰基不能顺利去除。这表明化合物可以通过阻止细菌蛋白质合成来抑制细菌生长。本研究通过展示一个极地微生物的次级代谢产物是天然药物的良好来源的例子，扩大了极地内生真菌的生物活性多样性。
文章信息
原文链接：
https://doi.org/10.1186/s40643-023-00628-5
引用方式：
Guo, J.F., Yang, J., Wang, P., Guo, B., Li, H.F., Zhang, D., An, F.L., Gao, S. Anti-vibriosis bioactive molecules from Arctic Penicillium sp. Z2230. Bioresour. Bioprocess. 10, 11 (2023).
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