新描述的真菌化学类型非常常见，而且可能涉及高反应性酶，这两个特征使所涉及的基因成为有用的路标，指向具有医学和化学应用的生物化合物的潜在宝库。

迄今为止，科学家们几乎看不到它。

在过去的15年里，从生物体中寻找分子(许多有望用作药物、抗菌剂、化学催化剂甚至食品添加剂)依赖于经过训练的计算机算法，这些算法可以在细菌、真菌和植物的DNA中搜索产生酶的基因，这些酶已知可以驱动生物过程，从而产生有趣的化合物。

医学微生物学和免疫学教授南希·凯勒实验室的研究生格兰特·尼克尔斯(GrantNickles)说：“这个领域在2000年代初遇到了瓶颈，当时的发现过程是从真菌中提取物质，看看这些提取物的作用。但我们不断地重新发现同样的东西。”“随着我们对制造这些很酷的天然产品的基因有了更多的了解，我们设计了可以搜索它们、找到目标并使过程更加高效的算法。”

这种方法也遇到了一些障碍，因为算法只关注某些类型的基因。

“寻找天然产物的主要算法效果很好，但它们专注于与三种典型主干酶相关的基因，”凯勒说。“这些算法已经有了渐进式的改进，但你只能多次在相同的基因组中搜索相似的基因，然后才能再次重新发现相同的东西。”

2005年，一群研究人员对烟曲霉的基因组进行了测序，这种真菌可以感染免疫系统受损的人。

“第一个镜头让我手臂上的汗毛竖起来，”凯勒说。“有如此多的基因簇使这些主干酶产生有趣的次级代谢产物。我说，‘哦!真菌中的天然产物比我们想象的要多得多。’”

在随后的研究中，凯勒的实验室发现了至少一组涉及生化过程的基因，这些基因依赖于一种称为异氰化物合酶的主干酶，这种酶不是已知的细菌和真菌中常见化学主力的三种“经典”酶之一。

本月，尼克尔斯、凯勒和合作者在《核酸研究》杂志上发表了一项新研究，其中描述了他们创建的一种新算法，用于在真菌基因组中搜索基因组，称为生物合成基因簇，这些基因合成异氰化物来完成它们的工作。

“我对在互联网上找到的每一种真菌基因组(大约3,300个物种)运行了新算法，发现这是真菌产生的第五大类天然产物，”尼克尔斯说。“在这项研究之前，它几乎完全看不见。”

超过1,300种真菌物种拥有以异氰化物化学为中心的基因簇。

这项新研究的合著者、凯勒实验室的前成员、现在美国农业部谷物疾病实验室的植物病理学家米尔顿·德罗特(MiltonDrott)说：“这些基因簇很可能产生对真菌有用的东西，否则很难解释为什么这些基因如此常见并保存在如此多物种的基因组中。”“我们制作的是这些基因簇的图谱。你可以开始在那里看到有趣的模式，这些模式指出首先在哪里寻找重要的功能。”

凯勒名单上最重要的是那些已知的簇，其中周围的基因可以为不同的目的定制酶，或者将它们运输到特定的位置，或者“启动子”基因，这些基因可以根据细胞内的条件打开或关闭酶生产的开关。

“我们正在寻找独特性，”凯勒说，他是TerraBioforge公司的联合创始人，该公司生产从微生物中发现的有用的天然产品。“簇中成员基因的独特组合可能会告诉我们有关结构活动的一些信息。但我的期望是我们不会是唯一寻找的人。”

研究人员在合著者BrandonOestereicher创建的可搜索网站上对他们的真菌发现进行了编目，这意味着许多其他实验室甚至不需要运行算法搜索——这是一个需要大量资源的过程，需要威斯康辛大学麦迪逊分校高吞吐量计算中心的帮助。

“拥有最喜欢的真菌物种的实验室——这对我们这个领域的人来说并不罕见，他们专注于一个物种或一小部分物种——可以在网站上查找他们的物种，并获得有关基因簇的足够信息，以开始他们自己的异氰化物研究，”德罗特说。

这项研究可能会揭示对社会有巨大好处的天然化合物——抗菌药物、杀虫剂、工业和药物化学的新型催化剂——但这种新生物化学的产品和用途仍然很大程度上未知。德罗特的实验室研究镰刀菌属真菌的成员，这种真菌会导致大麦和小麦等谷物枯萎病。它们还具有异氰化物生物合成基因簇。

“这对我们的工作来说是令人兴奋的，因为这些基因簇可能在致病性中发挥作用，并且它们可能提供控制病原体的途径，”德罗特说。“不过，我们对异氰化物的作用知之甚少，以至于我们不知道会发现什么。至少现在我们知道从哪里开始寻找。”

版权说明：本站所有作品图文均由用户自行上传分享，仅供网友学习交流。若您的权利被侵害，请联系我们

标签：基因真菌化学