微生物不仅仅在感染期间在哺乳动物体内定居。健康人类和动物体内随时都可能存在数十亿微生物，它们通过化学信号相互交流，从而影响它们的健康。
在《自然通讯》上发表的两项研究中，来自萨尔州亥姆霍兹药物研究所 (HIPS)、萨尔大学和萨尔大学医院的研究人员对人类和动物园动物的微生物组(即所有微生物的总和)进行了详细研究。目的是确定疾病治疗和诊断策略的起点。HIPS 是亥姆霍兹感染研究中心 (HZI) 与萨尔大学合作的站点。
使用微生物作为新活性成分来源的想法并不新鲜。许多药物已经基于细菌和真菌的天然产物开发出来。它们在自然栖息地(如土壤)中争夺可用资源，并利用化学信号获得比微生物竞争对手的优势。因此，市场上大部分抗生素都是基于微生物的天然产物，这并不奇怪。
HIPS、萨尔大学和萨尔大学医院的跨学科研究团队也设定了目标，即寻找可用于治疗非传染性疾病的天然产品。该团队不是在土壤中寻找，而是直接在寄居在人类和动物体内并在疾病发展中发挥作用的细菌中寻找。这种方法也是计划中的 nextAID³ 卓越集群的核心组成部分，该集群在第一轮就得到了德国研究基金会 (DFG) 的积极评价，萨尔大学于 2024 年 8 月提交了其完整提案。
这项大规模寻找新活性成分的研究基于两个群体：在“IMAGINE”研究中，研究人员收集了近 2,000 个健康受试者和患有各种疾病的患者的样本。由于微生物群的不同部分会受到不同疾病的影响，研究人员检查了唾液、牙菌斑和粪便中的微生物群，以及眼睛、喉咙和皮肤中的微生物群。
在第二项研究中，研究小组检查了萨尔布吕肯动物园动物的微生物组，并将其与野生动物的微生物组进行了比较。这个规模小得多的群体的目的是表明动物的微生物组也可以成为新天然产品的潜在来源。
两项研究中收集的样本都经过了处理，并进行了宏基因组测序。这种方法可以对样本中包含的所有生物进行遗传识别，并确定它们的丰度。例如，如果某种细菌菌株在某种疾病存在时丰度增加或减少，则它可能与疾病的发展或进展有关。
研究设置和数据质量。来源：Nature Communications (2024)。DOI：10.1038/s41467-024-52669-9
在分析的数据中，该团队(包括生物信息学家 Andreas Keller、微生物学家 Sören Becker、肺病学家 Robert Bals 和药剂师 Rolf Müller)发现了许多具有这种行为的细菌。此外，研究人员还能够使用生物信息学分析来识别与所研究疾病相关的天然产物的基因蓝图(所谓的生物合成基因簇)。
“对我们来说，这些数据是一座科学金矿。我们仍然不知道大多数新发现的基因簇编码了哪些天然产物，”HIPS 系主任兼萨尔大学临床生物信息学教授凯勒说。
“收集到的数据在我们最近建立的数据库 ABC-HuMi 中进行处理。该数据库已经包含了有关人类微生物群的进一步数据，这将使我们能够发现许多新的天然产物并将其用作药物开发的基础。”
HIPS 的药剂师、生物学家和化学家现在被要求利用数字数据来创造真正的天然产品。目前共有六个研究小组正在对 50 个最有前景的基因簇进行实验验证。
“了解天然产物的基因蓝图只是第一步。我们现在正在努力将这些蓝图转移到细菌中，细菌将利用它们来生产编码的天然产物，”HIPS 系主任兼科学主任、两项已发表研究的共同发起人穆勒大学教授说。
“所获得的数据反映了迄今为止尚未研究过的巨大的生物多样性。我们的下一步将是利用这一潜力。我们很高兴现在可以有效地将过去 15 年来为抗生素开发而建立的技术应用于其他适应症。”
虽然 HIPS 的研究重点是抗菌剂，但非感染性疾病的治疗方法将作为 PharmaScienceHub 的一部分进行开发。HIPS 与萨尔大学于 2023 年建立的合作平台将学术研究和制药行业的参与者聚集在一起，以加速将基础研究成果转化为医学应用。