微观劫案：肺部细菌如何打造武器窃取铁元素以求生存

尽管潘多拉菌属（Pandoraea）构成高健康风险，但其分子特性此前鲜为人知。"我们仅知这些细菌存在于自然界，且具有致病性，因为曾在囊性纤维化或脓毒症患者的肺部微生物组中发现它们，"赫尔佐格解释道。

铁的争夺战

对大多数生物体而言，铁是细菌生存的必需元素。"铁在生物体的酶和呼吸链中起着核心作用，例如，"赫尔佐格解释道。尤其在人体等贫铁环境中，获取足量铁元素的条件极为苛刻。因此，许多微生物会产生所谓的铁载体：这些小型分子可从环境中结合铁并将其转运至细胞内。

"然而，此前未发现潘多拉菌属细菌中存在任何已知的毒力因子或生态位因子可助其生存，"赫尔佐格表示。研究团队试图揭示潘多拉菌属菌株如何在如此竞争激烈的环境中存活。

通过生物信息学分析，团队鉴定出一个名为pan的未知基因簇。该基因簇编码一种非核糖体肽合成酶——这是生产铁载体的典型酶。"我们从基因簇分析入手，专门筛选可能负责铁载体合成的基因，"赫尔佐格报告称。

借助基因定向灭活技术、培养法及尖端分析技术（包括质谱分析、核磁共振光谱、化学降解和衍生化），耶拿的研究人员成功分离出两种新型天然产物并解析其化学结构：潘多拉菌素A（Pandorabactin A）与潘多拉菌素B（Pandorabactin B）。二者均能螯合铁，可能在潘多拉菌属菌株的逆境生存中发挥关键作用。"这些分子帮助细菌在环境缺铁时摄取铁元素，"赫尔佐格指出。

铁含量越低，竞争者越少

生物测定还显示，潘多拉菌素通过剥夺假单胞菌（Pseudomonas）、分枝杆菌（Mycobacterium）和寡养单胞菌（Stenotrophomonas）等竞争者的铁元素，抑制其生长。

对囊性纤维化患者肺部痰液样本的分析进一步揭示，pan基因簇的检测结果与肺部微生物组变化存在相关性。这表明潘多拉菌素可能直接影响病变肺部的微生物群落。

"但要从这些发现中推导医学应用为时尚早，"赫尔佐格强调。尽管如此，该发现为理解潘多拉菌属细菌的生存策略以及人体内生命资源的复杂竞争机制提供了重要信息。

本研究由莱布尼茨-HKI（Leibniz-HKI）与耶拿大学、海德堡大学及香港大学紧密合作完成。研究在"微生物组平衡"卓越集群（Balance of the Microverse）和ChemBioSys合作研究中心框架下进行，并获德国研究基金会资助。分析所用成像质谱仪由图林根自由州资助，欧盟共同出资。