次級代謝產物是微生物生態適應與種間互作的關鍵媒介分子，然而當前對古菌的相關研究仍較為滯后。古菌作為分布廣泛且具有重要生態功能的類群，研究其次級代謝產物介導的種間通訊，對揭示生命起源及極端環境適應機制具有重要科學價值。香港大學化學系李泳新團隊系統解析了古菌的化學語言，揭示了其次級代謝產物的結構新穎性及其在極端環境中的獨特生理生態功能，為闡明古菌域的代謝適應機制提供了關鍵線索。 古菌代謝的特殊性 古菌能在鹽湖、深海熱泉等極端環境中存活，其細胞膜結構和代謝途徑與細菌、真核生物存在較大差異。基因組分析顯示，古菌含有大量未被開發的次級代謝產物生物合成基因簇（BGC），核糖體翻譯后修飾肽（RiPPs）尤為突出。
圖 1：a, 古菌次級代謝產物BGC的新穎性，多樣性和分布特征；b, 古菌RiPP BGCs的類型和分布。 極端環境生存者的智慧 在古菌RiPPs中，Ⅱ 型羊毛硫肽僅存在于嗜鹽古菌中（生長環境2.5-5M NaCl），展示出分布特異性。與細菌同類分子相比，其前體肽LanA和關鍵合成酶LanM具有獨特的氨基酸偏好性，可能源于高鹽環境下的 "鹽包蛋白" 策略和蛋白質結構適應性進化。 圖2：古菌 Ⅱ 型羊毛硫肽的前體肽（a）和合成酶（b）的氨基酸偏好性；古菌前體肽的序列相似性分析（c）和其前體肽與合成酶的共進化分析（d）。 新型研究策略的應用和非經典化合物的發現 研究團隊創新性地利用嗜鹽古菌表達體系，結合生物合成邏輯介導的代謝組學分析，成功解析 24 個古菌羊毛硫肽。其中一類具有雙氨基雙羧酸末端的特殊結構，這種 "分子臂" 結構可能源于其獨特的成熟機制和酶催化過程。 圖 3：嗜鹽古菌異源表達技術流程（a）；非經典羊毛硫肽Larlan A2的化學結構和體內基因簇重構結果（b-c）；非經典羊毛硫肽Archalan β3的化學結構和推測的生物合成途徑（d-e）。 化學武器的雙重使命 研究發現，古菌羊毛硫肽具有雙重生物學功能：既能抑制其他古菌生長，又可通過調控宿主細胞形態及運動基因表達增強運動能力。這種 "攻防兼備" 的特性為古菌的生態適應策略提供了新視角，揭示了其通過代謝產物實現生存競爭的創新機制。 圖 4：古菌羊毛硫肽類化合物的體外抗菌活性和體內涌動性調節功能測試（a-b）；重組菌株的細胞圓度頻率分布（c）；與含空載體的菌株相比，重組菌株差異表達基因火山圖（d）；維恩圖描繪了在兩種菌株中檢測到的重疊差異表達基因（e）；古菌羊毛硫肽的雙重生態功能（f）。 總結 該研究首次在古菌中表達次級代謝產物，揭示了古菌羊毛硫肽獨特的化學景觀和生態功能，有望為古菌化學生物學與化學生態學領域開辟新研究路徑，激發學界探索熱情。 論文信息 Decoding the Chemical Language of Ribosomally Synthesized and Post-Translationally Modified Peptides from the Untapped Archaea Domain Zhi-Man Song, Cunlei Cai, Ying Gao, Xiaoqian Lin, Qian Yang, Dengwei Zhang, Gengfan Wu, Haoyu Liang, Qianlin Zhuo, Junliang Zhang, Peiyan Cai, Haibo Jiang, Wenhua Liu, Yong-Xin Li Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202501074
