新研究揭示人体微生物组中隐藏的抗生素耐药基因

编辑者: Svitlana Velhush

《微生物组》杂志发表了一项研究,其中描述了一种名为ARG-PASS的方法,这是一种能够根据蛋白质序列和结构的保守特征,在人体微生物组中发现此前未知抗生素耐药基因(ARGs)的工具。

抗微生物药物耐药性(AMR)问题仍然是全球公共卫生的主要威胁之一。人体微生物组是这类基因的巨大储存库,然而,由于与已知ARGs的同源性较低,许多基因难以通过传统方法检测。研究人员将重点放在蛋白质中功能重要的区域,这些区域保留了关键的结构特征。

ARG-PASS工具采用单类支持向量机方法,并根据ARGs编码蛋白质保守区域的初级和三级结构配对分布进行训练。研究人员将其应用于人类微生物组计划(Human Microbiome Project)的六个参考菌株,并筛选出九个候选基因进行实验验证。在大肠杆菌中表达的所有九个基因都证实具有功能活性,并被归类为APH、dfr、B类和C类β-内酰胺酶以及青霉素结合蛋白。

此外,该方法还直接应用于AlphaFold结构数据库。从而发现了一个名为phnP的基因,属于金属β-内酰胺酶类型。该基因与已知β-内酰胺酶同源性较低,但表现出环境依赖性的氨苄西林耐药活性。在所有经过验证的基因中,80%的基因表现出达到CLSI阈值的耐药性,其余则被归类为“前耐药”基因——它们虽然具有活性,但最小抑菌浓度尚未达到临床显著水平。

研究人员指出,“前耐药”基因未来更有可能演变为具有临床意义的完整耐药决定因素。ARG-PASS能够识别独特的ARGs,这些ARGs是仅基于序列同源性的方法无法检测到的。

根据作者的说法,这种方法提高了耐药性监测的准确性,并有助于更合理地使用抗生素。该方法整合了序列和结构信息,从而揭示了微生物组中此前隐藏的元素。

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来源

  • 结构特征识别人类微生物组中的抗生素抗性基因

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