数百種の新種細菌と2種の新抗生物質を土壌から発見(Hundreds of New Bacteria, and Two Potential Antibiotics, Found in Soil)

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2025-09-12 ロックフェラー大学

ロックフェラー大学の研究チームは、土壌中の「培養できない」微生物のDNAを直接解析する革新的手法を開発し、数百種類の新規細菌ゲノムと2種類の有望な抗生物質候補を発見した。従来は微生物の多くが実験室で培養できず、医薬利用は限られていたが、今回の研究では長鎖DNA断片を土壌から直接抽出し、ナノポア長鎖シーケンシングで完全ゲノムを再構築。さらに合成生物情報学的手法(synBNP)により、遺伝子配列から天然物の化学構造を予測し、合成実験で実際に分子を生成した。その結果、膜脂質カルジオリピンに作用する「erutacidin」と、タンパク質アンフォールディングモーターClpXを阻害する「trigintamicin」が見出され、耐性菌にも有効性を示した。本手法は土壌以外の環境にも応用可能で、膨大な微生物資源から新規薬剤や環境機能分子を探索する道を拓くと期待される。

<関連情報>

土壌メタゲノムのテラベース規模ロングリードシーケンシングにより発見された生物活性分子 Bioactive molecules unearthed by terabase-scale long-read sequencing of a soil metagenome

Ján Burian,Robert E. Boer,Yozen Hernandez,Adrian Morales-Amador,Linhai Jiang,Abir Bhattacharjee,Cecilia Panfil,Melinda A. Ternei & Sean F. Brady
Nature Biotechnology  Published:12 September 2025
DOI:https://doi.org/10.1038/s41587-025-02810-w

数百種の新種細菌と2種の新抗生物質を土壌から発見(Hundreds of New Bacteria, and Two Potential Antibiotics, Found in Soil)

Abstract

Metagenomics provides access to the genetic diversity of uncultured bacteria through analysis of DNA extracted from whole microbial communities. Long-read sequencing is advancing metagenomic discovery by generating larger DNA assemblies than previously possible. However, harnessing the potential of long-read sequencing to access the vast diversity within soil microbiomes is hampered by the challenge of isolating high-quality DNA. Here we introduce a method that can liberate large, high-quality metagenomic DNA fragments from soil bacteria and pair them with optimized nanopore long-read sequencing to generate megabase-sized assemblies. Using this method, we uncover hundreds of complete circular metagenomic genomes from a single soil sample. Through a combination of bioinformatic prediction and chemical synthesis, we convert nonribosomal peptide biosynthetic gene clusters directly into bioactive molecules, identifying antibiotics with rare modes of action and activity against multidrug-resistant pathogens. Our approach advances metagenomic access to the vast genetic diversity of the uncultured bacterial majority and provides a means to convert it to bioactive molecules.

有機化学・薬学
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